引风机变频改造热控逻辑优化

时间：2024-07-28

刘银庆

(贵州大方发电有限公司，贵州毕节 551600)

0 引言

随着电力行业改革的不断深化，厂网分开、竞价上网等政策的逐步实施，降低厂用电率和发电成本已成为发电厂努力追求的经济目标。

贵州大方发电有限公司(以下简称大方公司)#1～#4机组2台引风机连续运行且常常处于变负荷运行状态，普遍存在着耗能高、噪音大的问题，节能潜力巨大。为确保华电集团公司“十一五”节能减排目标的实现，大方公司根据华电集团公司统一部署，对大方公司#1，#3机组6 kV引风机进行变频改造。

1 系统结构及运行方式

1.1 系统结构

大方公司#1，#3机组引风机采用国电南京自动化股份有限公司ASD6000S-1120型高压变频设备。设备采用“一拖一自动旁路”的接入方案(如图1所示)，即单套变频器带1台引风机电机运行的方案。

图1 #1，#3锅炉引风机变频设备接入方案

在图1中，1DL，2DL，3DL为3台断路器，分别安装在2个断路器柜内，2DL，3DL实现电气互锁。

1.2 设备名称命名

1DL，引风机A/B变频进线开关;2DL，引风机A/B变频出线开关;3DL，引风机A/B工频(旁路)开关。

1.3 设备运行方式

变频设备具备远方监控和操作功能，在集控室分散控制系统(DCS)上可实现变频器的开/闭环运行选择，每台风机之间能实现工频/变频自动切换。在正常情况下，电动机在变频调速状态下运行，电动机负载挡板置于全开状态，变频器检修或故障状态下可实现自动电动机工频旁路运行。

2 DCS控制逻辑

2.1 顺序控制系统(SCS)控制逻辑

保持原引风机控制联锁、保护逻辑不变，新增以下SCS控制逻辑。

2.1.1 引风机工频/变频运行信号

(1)引风机工频方式运行。6 kV侧主开关已合、3DL已合相与。

(2)引风机变频方式运行。6 kV侧主开关已合、3DL未在合闸位，1DL和2DL已合、变频器运行相与。引风机变频方式运行时，“引风机运行”信号产生了变化，由于原来的高压开关闭合(即原引风机运行)信号已经不能表征引风机是否真实做功，判断引风机是否真实做功，必须由引风机变频器输出一定的频率(该值待定)来衡量，因此，“引风机运行”信号由几个信号相与组成。

2.1.2 引风机静叶

保持原静叶连锁不变，增加以下连锁:

(1)在变频运行时，变频器重故障，静叶根据负荷连关到某一开度。静叶开度与负荷关系见表1。

表1 静叶开度与负荷的关系

(2)引风机在变频运行时，转速小于300 r/min，联关静叶。

2.1.3 允许启动条件

引风机允许启动条件为下列任一条件:

(1)原风机启动允许条件保持不变，增加1DL已合，2DL已合，3DL已分且变频器上电允许信号来。

(2)原风机启动允许条件未变，增加1DL已分，2DL已分，3DL已合。

2.1.4 跳闸逻辑

引风机跳闸逻辑是保持原跳闸逻辑不变，增加变频切工频不成功跳闸。

2.1.5 出口烟气挡板

出口烟气挡板1和2联锁(逻辑未变):

(1)A，B引风机均跳闸联开。

(2)关允许:引风机A已跳闸。

2.1.6 静电除尘器出口烟气挡板(逻辑未变)

(1)引风机A已合闸延时2 s联开。

(2)引风机A，B均跳闸联开。

(3)引风机B已合闸，引风机A跳闸联关。

2.1.7 1DL跳闸条件

1DL跳闸条件，变频器重故障延时1 s;合闸条件，1DL分闸延时600 s。

2.1.8 2DL跳闸条件

变频器重故障延时1 s。

2.1.9 3DL合闸条件(均满足)

(1)变频器重故障延时1 s。

(2)旁路允许。

(3)引风机A已启动。

2.1.10 变频器启动允许条件

(1)3DL已分闸。

(2)1DL已合闸。

(3)2DL已合闸。

(4)允许远操。

(5)引风机A已启动。

(6)变频器启动允许。

引风机B同引风机A。

2.2 自动旁路控制逻辑

在变频器出现重故障时，会联跳变频器。由于引风机跳闸会导致机组减负荷，甚至会导致机组跳闸，故在设计自动旁路控制逻辑时，若变频器本身出现故障，就会自动切换到旁路运行，这样，可有效避免炉膛压力波动，保证机组继续安全运行。若变频器出现严重故障时，电气联锁会联跳1DL和2DL，同时延时0.5 s，发“旁路允许”信号至 DCS，允许DCS合旁路开关3DL，考虑到信号传输和DCS扫描时间，为确保DCS准确接收并动作可靠，设计时让DCS接收到变频器出现严重故障后延时1 s，此时“旁路允许”信号来，DCS发3DL合闸指令，联合3DL，让引风机由变频快速切换至工频运行方式，迅速满足机组当前负荷运行时炉压要求。由于自动联合旁路开关3DL时，引风机已启动(即引风机6 kV开关合闸)，否则联合旁路开关3DL失去意义，所以，设计旁路开关3DL联合必须满足3个条件:变频器出现重故障延时1s、旁路允许和引风机已启动。

在变频器切工频后，因为切工频的风机出力突然增加，会造成炉压降低，导致炉膛负压波动，威胁机组安全。为避免这种情况发生，当1台引风机变频器运行信号消失后，设计时可根据当前负荷联关其静叶至某一开度(负荷与静叶开度见表2，这是大方公司根据运行经验和历史曲线分析得出的数据)，同时另一引风机保持当前转速运行。考虑到变频器跳闸后又合工频，炉压会有一个先升后降的过程，投自动的变频器调节器输出会大幅摆动，更容易造成炉压控制不稳。2台风机出力平衡的问题较为复杂，采用变频器跳闸后，2台风机都切手动，运行人员根据负荷和炉压的实际状况可手动调节。

大方公司风机变频投入运行后，发生过多次变频器故障切换，切换过程炉压波动都控制在了允许范围内，没有引发其他保护，此切换逻辑经历了这些考验，证明其能够有效保证炉压控制，从而保障机组的安全运行。

2011-04-18，大方公司#3机组引风机B变频器出现重故障，导致引风机B变频切工频，其历史曲线如图2、图3所示。

由历史曲线可知，引风机B在变频中出现故障，旁路自动动作，常常切换至工频控制，炉膛压力常常从-58.24 Pa波动至最大145.13 Pa，又恢复至控制正常水平，在切换过程中，炉压未大幅波动，动作过程符合设计初衷。

2.3 快减负荷(RB)逻辑

当变频器出现重故障时，故障风机由变频切换为工频运行方式，当切换不成功时，触发RB保护动作。在RB逻辑设计时，应考虑到以下几种情况:在变频切工频成功情况下，不能因切换过程中变频信号消失、工频信号未回误发RB;在切换失败情况下，能够正常触发RB;另外，在引风机运行过程中引风机其他保护动作跳闸引风机时，必须马上触发RB，而不能有延时。同时，原风机RB逻辑采用风机跳闸(即6 kV开关跳闸)来触发RB保护动作，所以，RB逻辑设计为:变频器运行信号消失(6 kV侧主开关已合、3DL未在合闸位，1DL和2DL已合、变频器运行相与)发4 s(正常3DL联合时间远小于这个时间)脉冲信号，在此过程中，3DL合闸信号未来，则联跳风机(即联跳6 kV开关)，触发RB保护动作，这样不仅改动逻辑简单、明了，而且在任何情况下都能够避免误动和拒动。

2.4 模拟量控制系统(MCS)逻辑

大方公司保持原风机工频方式运行双执行机构自动逻辑不变，新增加变频方式运行双执行机构逻辑。当A，B引风机均处于变频方式运行时，设置专门的变频控制逻辑，A，B引风机静叶保持开足，通过控制引风机电动机的频率(转速)，改变引风机出力来调节炉压。炉膛压力测量值与炉膛压力设定值比较的偏差经新增比例-积分-微分(PID)运算后，输出引风机变频控制指令，运用在2台变频器上。

引风机静叶与变频器之间实现自动互锁(一套投入自动，另一套禁止投入自动)。大方公司设计的模拟量控制系统(MCS)逻辑是2台风机中一台变频，另一台工频时不允许投自动。