引風機變頻改造

1、變頻改造的提出背景變頻改造的提出背景 引風機是我公司燃煤鍋爐煙氣系統(tǒng)中的主要設備之一。通過控制引風機入口靜葉開度調節(jié)引風量，維持鍋爐爐膛負壓穩(wěn)定。如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴粉，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設備和操作人員的安全；負壓太大，爐膛漏風量增大，增加了引風機的電耗和煙氣帶來的熱量損失。因此，控制引風量大小，穩(wěn)定爐膛負壓值，對保證鍋爐安全、經濟運行具有十分重要的意義。當發(fā)電機輸出功率變化，鍋爐負荷也需要相應調整，鍋爐的送風量、引風量隨之變化，引風機出力調整通過改變風機的入口導葉角度來調節(jié)。通過改變風機靜葉的角度調節(jié)風量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風量的調節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是

2、節(jié)流損失仍然很大，特別是低負荷時節(jié)流損失更大。其次靜葉調節(jié)動作遲緩，與脫硫增壓風機系統(tǒng)在變負荷調節(jié)過程式響應速度慢，容易引起系統(tǒng)振蕩、負荷相應遲滯等。另外，異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電機額定電流的68倍，對廠用電形成沖擊影響電網穩(wěn)定，同時強大的沖擊轉矩對電機和風機的使用壽命存在很大的不利影響。 電氣控制方式電氣控制方式 鍋爐引風機系統(tǒng)的電氣一次動力回路采用一拖一自動工/變頻切換方案，單臺機組系統(tǒng)主電氣原理圖如下，以1#機組為例。 注：#2機#1引風機開關編號為 QFA21、QFA22、 QFA23;#2機#2引風機開關編號為 QFB21、QFB22、 QFB23。上圖中，QFIA、QF

3、IB表示原有引風機高壓開關；QFA11、QFB11表示變頻器輸入側電源開關；QFA12、QFB12表示變頻器輸出側電源開關；QFA13、QFB13表示工頻旁路電源開關；TF1、TF2表示高壓變頻器，M表示引風機電動機。QFA11QFA13、QFB11QFB13、TF1TF2均為新增設備。其中，QFA12和QFA13、QFB12和QFB13之間存在電氣互鎖和邏輯雙重閉鎖關系，防止變頻器輸出與10kV電源側短路。 正常運行時，斷開QFA13、閉合QFA11、QFA12高壓真空斷路器，1#引風機處于變頻運行狀態(tài)；斷開QFB13、閉合QFB11、QFB12高壓真空斷路器，2#引風機處于變頻運行狀態(tài)；由

4、變頻器啟/停設備，實現(xiàn)引風機控制和電氣保護。當機組運行過程中TF1變頻器（TF2變頻器）故障時，系統(tǒng)自動聯(lián)跳變頻器上口的高壓真空斷路器QFA11（QFB11），斷開變頻器輸出側高壓真空斷路器QFA12（QFB12）。系統(tǒng)自動根據(jù)故障點位置判斷是否能夠切換至工頻，并根據(jù)運行工況啟動引風機工頻運行，轉為采用入口靜葉開度控制風量與另外一臺變頻引風機協(xié)調運行。切實保障引風機變頻器故障情況下的無擾切換、無需鍋爐降負荷運行。 該系統(tǒng)為實現(xiàn)工/變頻自動切換功能，采用ABB真空斷路器(VD4M1212-40,電流符合規(guī)范要求)作為動作執(zhí)行器件。同時，為提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，對高壓真空斷路器柜的控制邏輯進行

5、整體設計。主要包括以下幾個方面： 1）對變頻器上口高壓真空斷路器的合、分閘控制回路進行改造與變頻器實現(xiàn)聯(lián)鎖保護功能。當變頻器不具備上電條件時，閉鎖高壓真空斷路器合閘允許回路，防止誤送電；當變頻器出現(xiàn)重故障時，緊急聯(lián)跳上口高壓真空斷路器，斷開廠用10kV段側電源，確保設備安全。 2）變頻器與下口高壓真空斷路器實現(xiàn)聯(lián)鎖功能。當變頻器下口開關沒有合閘時，禁止變頻器啟動；當引風機變頻運行時，下口開關異常分斷，變頻系統(tǒng)發(fā)出運行異常信號，確保引風系統(tǒng)及時有效的采取緊急處理措施。3）變頻器與上口高壓真空斷路器、下口高壓真空斷路器配合通過對運行工況的實時監(jiān)測處理，引風系統(tǒng)分級、分點地判斷分析故障點位置，確定1

6、0kV網側、設備、引風機、負載等實際故障情況。通過綜合處理分析，實現(xiàn)故障情況下自診斷、自動處理的功能。在應急情況下，確定引風機在變頻運行跳閘時是否能夠切換至工頻運行。 4）配備同步電源快速切換裝置，當系統(tǒng)判斷故障點非引風機或電動機故障時，快速完成引風機由變頻向工頻運行方式的轉換，切換時間為23秒，確保引風系統(tǒng)不失壓。 5）為防止工/變頻回路短路，在變頻器下口高壓真空斷路器與工頻高壓真空斷路器之間存在互為閉鎖的電氣回路。在變頻器上口高壓真空斷路器與工頻高壓真空斷路器之間存在互為閉鎖的電氣回路，變頻器下口高壓真空斷路器合閘后，方可閉合變頻器上口高壓真空斷路器。一方面通過電氣硬連接實現(xiàn)，另一方面，通

7、過引風系統(tǒng)邏輯實現(xiàn)軟連接；從兩個不同的層面實現(xiàn)保護。 6）在變頻器下口高壓真空斷路器與工頻高壓真空斷路器之間存在接地刀互為閉鎖功能，防止設備運行或檢修時誤操作導致嚴重事故。當單側運行時，系統(tǒng)閉鎖另一側接地刀，禁止接地合閘；當一側接地刀合閘時，禁止引風機運行。 7）根據(jù)運行需要自動實現(xiàn)工頻變頻和變頻工頻運行方式的自由切換。確保變頻器故障情況下的退出，變頻器恢復的平穩(wěn)接入。8）該系統(tǒng)開關、變頻器等設備的控制及邏輯處理回路，就地遠方均可操作并切換，最終均由DCS控制。引風機自動控制方案引風機自動控制方案 引風機變頻運行方式分為手動控制和爐膛負壓PID調節(jié)自動控制兩種。正常情況下，#1、#2引風機投入

8、變頻運行，控制系統(tǒng)自動強制引風機靜葉到指定位置（約90%100），爐膛負壓通過引風機轉速控制。 設置故障判斷信號，當確認單側引風機的故障點是在變頻器本身，而引風機動力系統(tǒng)正常的情況下，系統(tǒng)自動控制靜葉開度和引風機工頻合閘時序，同時與另一臺變頻運行引風機協(xié)調控制維持爐膛負壓。從而保證爐膛內壓力穩(wěn)定，不能由于單側引風機變頻器故障影響機組負荷。系統(tǒng)運行于一工一變模式時，爐膛負壓調節(jié)系統(tǒng)通過壓力自適應平衡回路，實現(xiàn)#1、#2引風機兩種不同控制對象條件下的風量平衡。從而達到一臺引風機變頻調速，另一臺引風機靜葉調整下，仍然能夠實現(xiàn)機爐600MW的全負荷響應的控制要求。 當確認單臺引風機非變頻器本身故障跳閘

9、時，系統(tǒng)自動識別故障點位置，判別是否需要聯(lián)跳變頻器上口的高壓真空斷路器從而直接觸發(fā)RB或MFT。如果是引風機動力系統(tǒng)故障，則由引風機原有聯(lián)鎖動作邏輯實現(xiàn)單側引風機掉閘聯(lián)跳單側送風機，機組自動降負荷運行。同時爐膛負壓自動調節(jié)系統(tǒng)通過狀態(tài)前饋自動調節(jié)爐膛壓力。 系統(tǒng)恢復變頻器運行時，可以關閉引風機出口擋板，依靠單臺變頻引風機帶鍋爐5070的負荷。將引風機切換至變頻運行方式，依托變頻器提供的飛車啟動功能，在引風機沒有完全停止的情況下恢復設備運行，從而大大減少機組減負荷的時間。 針對高壓變頻器在引風系統(tǒng)中的應用，在系統(tǒng)的設計中還采取以下幾個措施： 1)爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)設有防止鍋爐內爆的措施。當鍋爐發(fā)生

10、燃料跳閘時，由于滅火會引起爐膛壓力大幅下降，容易引起內爆事故。因此，調節(jié)系統(tǒng)中設計了與送風機指令成比例的前饋信號，通過指令回路直接控制引風機轉速。當鍋爐發(fā)生燃料跳閘時，該指令回路立即投入運行，產生一個最大可調的比率信號，快速減小引風機轉速，經過一定的時間后，比率信號自動降低至零，逐步恢復引風機轉速信號。從而，大大提高系統(tǒng)的安全性能。 2)當系統(tǒng)處于兩臺引風機變頻運行時，系統(tǒng)閉鎖靜葉自動調節(jié)回路，通過引風機變頻轉速調節(jié)爐膛壓力。自動投入時靜葉指令應開到預定位置，保證引風機具有足夠的調整空間。 3)系統(tǒng)處于兩臺工頻引風機運行時，系統(tǒng)閉鎖變頻轉速調節(jié)回路，系統(tǒng)切換至工頻控制回路。變頻運行的狀態(tài)和聯(lián)鎖

11、邏輯全部切除，避免在變頻器檢修和退出情況下，對運行系統(tǒng)產生影響，導致誤動。4)變頻器應在設計上，減小引風機等大輔機設備啟動對電網的影響，變頻器在瞬時斷電3秒鐘不停機，母線電壓跌落35降出力運行不停機，電壓正向波動15范圍內不跳閘；根據(jù)需要，還可設置短時停電自啟動功能。減少系統(tǒng)因電網波動引起非停的機會。 系統(tǒng)順控邏輯方案系統(tǒng)順控邏輯方案 在變頻故障狀態(tài)下的切換控制邏輯。變頻器故障時，系統(tǒng)能夠將引風機準確平穩(wěn)的切至工頻運行，同時控制引風機擋板實現(xiàn)鍋爐爐膛負壓最小擾動量變化。在切換完成后恢復系統(tǒng)正常運行和控制。 1）引風機變頻器運行自動切工頻旁路（變頻回路故障，非引風機故障）當系統(tǒng)判別是變頻驅動回路

12、的故障，且引風機、電動機正常時，立即切除擋板的自動控制信號，發(fā)出擋板開度減小指令。當跳閘間隔時間達到預期計算的切換時機時，自動操作合引風機工頻旁路開關（QF13），啟動引風機工頻運行。由于鍋爐負荷不同，因此，在不同的運行工況下，切換時機和擋板開度指令不同。從而，實現(xiàn)引風機自動切換時，不會對爐膛負壓帶來較大的擾動，確保引風機由變頻切工頻后爐膛負壓波動100PA范圍；實現(xiàn)引風機切換過程中鍋爐運行的平穩(wěn)過渡，機組負荷穩(wěn)定、安全運行。2）引風機變頻器運行故障（引風機或電機故障）當變頻運行中發(fā)生故障，系統(tǒng)判別故障點發(fā)生在引風機或電動機負載側時，則不再進行變頻向工頻運行方式的自動切換。保持原有控制邏輯不變

13、。3）引風機工頻運行回切至變頻運行狀態(tài)（引風機變頻驅動回路故障恢復，設備投入）當引風機變頻器驅動回路的故障排除后，需要在鍋爐運行過程中將引風機切回變頻運行方式。此時，系統(tǒng)首先閉合QFA11，保持QFA12分斷狀態(tài)，將變頻器投入至就緒狀態(tài)，啟動變頻器并加速至50Hz，將輸出電壓與電網電壓鎖相（調整輸出電壓與電網電壓頻率、幅值、相位完全相同），然后斷開QFA13，閉合QFA12，此時變頻驅動電機運行，完成工頻至變頻的同步切換。切換完成后，逐漸降低運行頻率，同時提高風門開度，直至風門到達最大開度，變頻投入過程全部完成。在切換過程中，由于電機始終有電源供給，引風機時刻保持受控狀態(tài)，因而不會造成爐膛負壓

14、的任何波動，實現(xiàn)負載狀態(tài)下的真正無擾切換。4）引風系統(tǒng)一工一變運行（引風機變頻驅動故障，工頻運行投入） 當引風機判別是變頻驅動回路的故障，且引風機、電動機正常時，鍋爐系統(tǒng)將切換為一工一變運行模式。在這種運行方式下，保證變頻引風和工頻引風的煙氣出口風壓和風量基本平衡，保持甲、乙側引風管路的一致性。同時，確保系統(tǒng)具有良好的響應能力，在出現(xiàn)事故的情況下及時動作，防止爐膛壓力波動過大、嚴重時滅火等事故。 綜合保護裝置的配置方案綜合保護裝置的配置方案 保留原常規(guī)綜合保護裝置，因變頻器可能旁路運行，常規(guī)保護作為旁路運行時的保護。因原有常規(guī)保護作為變頻器退出運行時電動機的保護，所以其對應的整定原則可按照原有

15、的整定原則來整定，因為電動機的各種運行及故障時不會導致原有的保護誤動作。工頻方式自動投入差動保護，變頻方式自動退出差動保護，以免差動保護誤動作。 保護用寬頻低頻保護用寬頻低頻CTCT的配置方案的配置方案 斷斷路路器器交交 流流直直 流流交交 流流MC C S SC C2 23 36 6變變 頻頻電電 機機保保 護護 裝裝 置置綜 保 裝 置母 線C T1C T 2C T3PT1變頻器電動機 保護用寬頻低頻保護用寬頻低頻CTCT的配置方案的配置方案 原開關柜的工頻CT仍保留，用做旁路運行時原常規(guī)保護的保護CT； 變頻器的下端即機端位置，需要增加新的寬頻低頻CT，用于變頻差動保護，考慮在變頻運行時與中性點側的寬頻低頻CT一起構成變頻差動保護；另外，此機端低頻CT還是變頻后備保護的采樣CT，對變頻情況下的電動機提供完善的后備保護；原中性點側工頻CT可以考慮替換為新的寬頻低頻CT，用于變頻差動，此時需要拆除原有的工頻CT，同時也滿足了裝設新的低頻CT的空間要求；為了盡量減少對現(xiàn)場運行的影響，電廠現(xiàn)場實施中，也可以采用保留原工頻CT的做法，考慮在切換至工頻運行時與開關柜的工頻CT一起構成差動保護，提供更大的差動保護范圍。 機端新增的C