火電廠電機變頻裝置旁路方式的選擇

張小兵

(廣東梅縣發電廠，廣東 梅州 514789)

1 問題的提出

隨著節能減排工作重要性的不斷凸顯，變頻調速技術正在被廣泛地運用于各個行業，火力發電廠對這項技術的運用也逐漸普及，取得的節能效益十分可觀。

為了保證設備運行的可靠性，凡是進行電機變頻改造的發電廠，都會在每臺變頻器之外加設1套旁路裝置，以保證變頻器故障時有關設備能夠以工頻方式繼續運行;為保證設備持續可靠地運行，幾乎所有變頻器供應商都推薦電廠采用自動切換的旁路方式。為此，筆者試圖通過對比分析等方式，探討自動旁路和手動旁路這2種方式對調速設備實際運用的影響。

2 2種旁路方式的動作過程

2.1 手動旁路方式的動作過程

如圖1所示，當電機的變頻器嚴重故障時，元件動作和人工操作過程為:

(1)變頻器自動封鎖輸出;

(2)延時5 s后保護啟動跳開電機電源開關D1;

(3)值班人員現場手動拉開與變頻器串聯的隔離刀閘K1和K2，再合上旁路隔離刀閘K3;

(4)值班人員重新合上D1斷路器，電機轉為工頻狀態重新啟動運行。

從電機斷電到重啟工頻運行，一般需要30 min。

2.2 自動旁路方式的動作過程

如圖2所示，當電機的變頻器出現嚴重故障無法繼續運行時，有關元件的動作過程為:

(1)變頻器自動封鎖輸出;

(2)延時5 s后保護啟動跳開電機電源開關D2;

(3)自動旁路裝置啟動跳開真空開關 Z1，Z2后，合上Z3;

(4)電源開關D2自動合閘，電機轉為工頻狀態重新啟動運行。

從電機斷電到重啟工頻運行，間隔時間不超過10 s。

3 電機變頻器旁路切換方式對運行工況的影響

3.1 水泵電機變頻器旁路切換對運行工況的影響

在火電廠中，水泵都是按一用一備且自動聯鎖方式設置的，因此，當運行水泵的變頻裝置出現故障時，有關設備的動作和操作過程為:

(1)變頻器故障斷開運行水泵電源開關;

(2)事故聯鎖裝置啟動備用水泵運行;

(3)將停運水泵電機的變頻器切換為旁路工頻方式，再將該電機投入聯鎖備用狀態。

從以上分析可以看出，水泵電機變頻器的旁路切換方式對于保證水泵系統的安全和經濟運行沒有直接影響。

3.2 風機電機變頻器旁路切換方式對運行工況的影響

3.2.1 火電廠風機的運行特性

火電廠的風機(如引風機、送風機、排粉風機等)，一般是按照雙套同時運行，允許單套在一定條件下短時停運設置的，其中“一定條件”是指單套風機運行時整個系統的出力要低于額定值。

為了便于說明問題，這里把引風機作為具體的分析對象，下面以廣東梅縣發電廠為例，進行系統分析。

廣東梅縣發電廠擁有6臺燃煤發電機組，分別為50MW×2+125MW×2+135MW×2。筆者對這6臺機組鍋爐引風機的運行參數進行了統計，得出引風機運行方式對機組負荷影響情況的統計結果，見表1。

表1 引風機運行方式對機組負荷的影響

從表1可以看出，單臺引風機能夠滿足機組帶70%的額定負荷運行，也就是說，雙引風機的設計冗余量是很大的。在沒有變頻調速技術之前，引風機普遍通過調整進口風門開度來調節風量的大小。

3.2.2 風機變頻器故障切換旁路時對運行工況的影響

按照前面的介紹，引風機變頻器故障無法繼續運行時，自動和手動2種旁路切換過程使鍋爐運行工況產生的變化分別為:

(1)對于自動旁路方式的電機而言，會在10 s內由原來的變頻運行轉為工頻運行，這時，風機轉速自然地由原來的某一穩定低速陡增為全速，爐膛負壓快速增加。為了穩定爐膛壓力，必須迅速關小引風機進口風門，如果這種調整速度跟不上爐膛負壓的增速，將引發爐膛負壓過高的滅火保護啟動而停爐。

(2)對于手動旁路方式的電機而言，隨著故障變頻器牽引的引風機停止運行，引風機由雙臺運行突然轉換為單臺運行，按照鍋爐設備的自動保護聯鎖原則，單臺引風機事故跳閘后，聯鎖跳開對應的單臺送風機，停運一套制粉系統和一層給粉機。由于爐膛通風量和給粉量減少了，鍋爐的輸出熱量和機組出力也按一定比例同步減少。

待值班人員手動將停運引風機轉為工頻的旁路狀態后，重新啟動這臺引風機和其余跳閘設備運行，機組出力恢復。欠負荷狀態的持續時間視人工操作速度而定，一般不超過40 min。

如果事發時機組出力不高于額定值的70%，增加單臺運行引風機、送風機的轉速，可以維持機組出力不變，但調整過程會有一個出力波動過程，波動時間與引、送風機的變頻調速反應速率有關，一般不超過5 min。

4 結論

(1)對于風機電機變頻器而言，自動旁路方式的優點是能夠保證機組出力不受變頻器故障的影響，缺點是自動旁路切換過程容易引發爐膛壓力大幅波動甚至停爐。手動旁路方式的特點則正好相反，對機組出力會有短時限制，但對爐膛壓力的穩定卻影響甚少。也就是說，風機變頻器采用手動旁路方式的安全性優于自動旁路方式。

(2)對于水泵變頻器而言，自動旁路方式完全沒有意義，手動旁路方式也只有當變頻器長時間故障時才起作用。

目前，火電廠電機變頻調速改造已日趨盛行，希望本文能夠對此類改造在具體方案的選擇上提供一些參考。

［1］李明，黃丕維，朱光明，等.火電廠泵與風機變頻改造技術及應用［J］.華電技術，2008，30(8):55－57.