一次風機變頻-工頻無擾切換改造后問題分析及對策

摘 要：某廠1 000 MW機組一次風機變頻-工頻無擾切換技術改造后，針對正常運行中一次風機變頻運行存在的問題，重點分析了一次風機容易發(fā)生失速、一次風機變頻器電源開關QS1合閘失敗以及特殊工況下一次風機無擾切換控制邏輯問題，并提出相應的解決方法，可為同類型設備改造提供一定的參考。

關鍵詞：一次風機變頻-工頻無擾切換；失速；QS1開關合閘；控制邏輯

中圖分類號：TK223.26" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）23-0068-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.23.015

1" " 技改背景

某廠1 000 MW機組一次風機的變頻運行改造，在降低一次風機廠用電消耗、一次風機噪聲，提高一次風自動調節(jié)方面效果顯著。但變頻器在使用過程中設備可靠性不高，發(fā)生多次故障，造成一次風機跳閘事故，最嚴重的造成了機組非停。因此，一次風機變頻器自2016年停運，一次風機改為工頻運行，造成變頻設備閑置。一次風機工頻運行噪聲大，電耗上升，且多次出現(xiàn)環(huán)境溫度上升后一次風機振動加劇的現(xiàn)象，機組被迫降出力，停用一次風機檢修。為了降低一次風機電耗，重新利用變頻設備，減少設備閑置，降低一次風機振動，避免一次風機變頻故障跳閘造成的嚴重后果，提出了一次風機變頻-工頻無擾切換技術改造，使得一次風機變頻故障時，能夠快速切至工頻運行，并通過相應的邏輯設置減少切換過程中對鍋爐系統(tǒng)的影響。

2" " 設備簡介

某廠1 000 MW機組鍋爐為SG-3040/27.56-M538型中間一次再熱鍋爐，單爐膛塔式布置形式、四角切圓燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊構造、露天布置。采用正方形單爐膛四角布置直流燃燒器切圓燃燒方式，制粉采用6套中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配備的一次風機為成都鼓風機廠生產的GU23836-22型軸流風機，采用兩級葉片形式，一次風機電機額定功率為3 500 kW，一次風機變頻采用西門子GH180變頻器。原有的一次風機開關設備由1個開關QS1和3個刀閘K1、K2和K3組成，通過變頻-工頻無擾切換改造，變?yōu)?個開關QS1、QS2和QS3，如圖1所示。在變頻器正常運行的情況下，QS1和QS2閉合，QS3斷開；在工頻運行下，QS1和QS2斷開，QS3閉合[1]。

3" " 無擾切換改造后存在問題及解決方法

3.1" " 一次風機失速問題及解決方法

一次風機變頻運行后，由于轉速發(fā)生變化，風機的性能曲線也相應發(fā)生變化，會導致兩個問題：一是運行中易發(fā)生一次風機失速風險，二是增加了運行中并一次風機的難度。

如圖2所示，在壓頭和風量一定的情況下，一次風機轉速越低，安全運行余量越小，則越容易失速，在今后的運行維護中需要多加注意，控制好變頻轉速。

3.1.1" " 并一次風機變頻

在之前一次風機變頻的一段時間內，有過多次并一次風機的操作，在低轉速時并一次風機往往比較困難。經多次實踐后總結得出，做好以下準備工作，更容易在并一次風機時將其限制在非失速區(qū)域內，從而讓并一次風機的過程變得更為順利。1）盡量提高兩臺待并一次風機轉速，同時關小兩臺風機中首臺運行的一次風機動調；2）打開多臺磨煤機通道，盡量增加一次風機通風量；3）在保證磨煤機通風量足夠的前提下，降低一次風機出口壓力。

3.1.2" " 一次風機變頻運行時防失速措施[2]

為防止一次風機在變頻運行中發(fā)生失速現(xiàn)象，可以采取以下預防措施：1）機組正常運行時，盡量降低一次風機出口通道阻力，使一次風機遠離失速工況點；2）加強各臺磨煤機的運行維護，降低磨煤機進出口差壓；3）做好預熱器運行維護工作，防止預熱器由于低溫腐蝕等原因發(fā)生堵塞現(xiàn)象；4）在機組啟動初期或機組帶低負荷時，可以適當關小動葉，從而提高一次風機轉速，增加安全余量；5）做好一次風機運行維護工作，防止因一次風機本身原因導致不安全情況的發(fā)生。

3.2" " 一次風機變頻器電源開關QS1合閘失敗問題及解決方法

3.2.1" " 事件經過

某日夜班，機組啟動時，鍋爐爐膛吹掃結束后，準備變頻啟動A、B一次風機，在DCS畫面合閘一次風機變頻器電源開關QS1時出現(xiàn)開關合閘失敗問題。

啟動A、B一次風機變頻前，DCS畫面QS1、QS2、QS3開關及變頻器狀態(tài)正常，各信號顯示正常，無異常報警。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)變頻器電源開關QS1綜保裝置有保護動作信號燈，液晶屏顯示非電量保護動作；開關柜內保護動作擴展繼電器K21動作。在復歸QS1開關綜保裝置保護動作信號及開關柜內保護動作擴展繼電器K21后，啟動A、B一次風機變頻正常。

3.2.2" " 原因分析及處理

如圖3所示，變頻器電源開關QS1電氣接線回路跳閘有4個觸發(fā)條件：開關綜保裝置動作、變頻器重故障、事故按鈕、MFT。在一次風機變頻-工頻無擾切換改造前，事故按鈕、MFT跳閘條件均如圖3所示為直跳方式。而改造后，事故按鈕、MFT跳閘條件異動為接入開關綜保裝置非電量保護接口，已不是原先的直跳方式。

鍋爐正常停爐時，解列微油槍，MFT保護動作，MFT跳閘信號送入一次風機變頻器電源QS1開關綜保裝置非電量保護接口，一次風機跳閘。由圖3可知，開關綜保裝置保護動作后，一是直接切斷開關合閘回路，禁止合閘；二是啟動開關柜內保護動作擴展繼電器K21再次切斷開關合閘回路。開關綜保裝置保護動作信號是自保持方式，即使保護動作信號消失，也需人為進行復位后才能重新開放開關合閘回路；保護動作擴展繼電器K21為雙位置繼電器。因此，在機組啟動時，鍋爐進行爐膛吹掃后復位MFT已跳閘信號，保護動作條件消失后，需人為手動復歸繼電器，才能啟動一次風機變頻。

3.3" " 特殊工況下一次風機無擾切換控制邏輯問題及解決方法

3.3.1" " 正常工況下一次風機無擾切換控制邏輯

在一次《事故通報》學習后，結合現(xiàn)場實際進行隱患排查時發(fā)現(xiàn)，設計一次風機啟動被動切換程序時的控制邏輯中，當一次風機動葉自動時（以A一次風機為例）增加的邏輯（圖4）如下：A一次風機被動切換后，發(fā)5 s脈沖，A一次風機動葉開度相對B一次風機關小6%。主要目的：1）防止被動切換過程中A一次風機失速；2）如A一次風機被動切換失敗，可避免A一次風機動調關閉時間過長。

在正常工況（兩臺一次風機同時運行，其中一臺故障被動切換）下，A、B一次風機同時運行，都可以進行在線主動/被動切換，當一次風機動葉自動時，該邏輯控制能夠達到預期的效果，這在改造后一次風機帶載試驗過程中得到了證實。

3.3.2" " 特殊工況下一次風機無擾切換控制邏輯問題

在特殊工況（僅單臺一次風機運行中，該風機發(fā)生故障被動切換）下，仍以A一次風機為例進行分析。若B段母線失電，B段母線下B一次風機變頻跳閘，無法進行工頻切換，造成B一次風機停運，動葉關到0%。當A一次風機變頻故障跳閘，且被動切換開關投入時，A一次風機進行被動切換。按照設計邏輯：發(fā)5 s脈沖，A一次風機動葉開度相對B一次風機關小6%，會造成A一次風機動葉開度在5 s內關至很低（B一次風機動葉開度0%），對爐膛燃燒控制影響很大，若調整不當，會造成嚴重后果。

3.3.3" " 特殊工況下一次風機無擾切換控制邏輯修改

考慮到僅單臺一次風機運行時發(fā)生被動切換的特殊工況，對控制邏輯進行了相應的修正（圖5）：A一次風機被動切換后，發(fā)5 s脈沖，A一次風機動葉開度相對A一次風機關小6%（即在自身動葉開度的基礎上關小6%）。這就解決了特殊工況下A一次風機動葉開度參照B一次風機動葉開度（0%）關至很小位置的問題，且在正常工況下，A一次風機也能達到動葉開度調節(jié)效果，并能夠減小人為干預的難度。

4" " 結束語

某廠1 000 MW機組一次風機變頻-工頻無擾切換改造將近一年，變頻運行起到了很好的節(jié)能效果，并且減小了風機振動，降低了運行噪聲。由于被動切換試驗是在制粉系統(tǒng)空載下進行的，正常運行中未發(fā)生切換，因此還需在今后的運行中去分析總結，進一步完善解決方案及措施。

[參考文獻]

[1] 杜志強.一次風機變頻裝置自動旁路應用分析[J].華電技術，2018，40（9）：49-50.

[2] 趙恒斌，馬劍宇.某1 000 MW機組一次風機變頻后存在問題及解決方法[J].江蘇電機工程，2014，33（1）：76-78.

收稿日期：2024-08-08

作者簡介：柴?。?995—），男，陜西西安人，助理工程師，主要從事發(fā)電生產專業(yè)工作。