600MW機組引風機變頻改造方法及邏輯組態探討

王云進

（大唐淮南洛河發電廠，安徽淮南 232008）

0 引言

隨著電力系統市場的開放，各個火電廠間的競爭日益激烈，消化由于燃料成本不斷攀升帶來的巨大負擔，挖潛增效，降低發電成本，已經成了各個電廠管理者必須考慮的頭等大事。同時為響應國家號召，節能增效，努力降低廠用電率，提高自動調節水平，保證機組長期穩定運行，是領導高度關注的問題。

火力發電廠在發電的同時，也是重大的電力用戶，一般一臺600MW機組在滿負荷時的廠用電率大約在4%～5%之間，這也就意味著機組在100%BMCR狀態下，每小時耗電約240萬～300萬度電之間，一年按照75%的負荷率計算，一年自身消耗的電能大約在6.57～8.21億度電之間，折合標煤約25萬噸。數據是驚人的，那么火力發電廠的主要用電設備是什么？主要是大型風機、水泵等，尤其是大功率引風機，變頻改造后節電能力驚人，以一臺600MW機組為例，引風機功率在3000kW以上，經改造后，年節電（按照75BMCR負荷率）約1000萬度，效益相當可觀。

對于原工頻運行的引風機改變頻后，其中的自動控制及自動切換回路必須相應更改并驗證。切換回路（帶自動旁路）的可靠、自動回路的穩定是變頻可靠運行的基礎，也是機組安全運行的重要保障，所以引風機變頻改造后的邏輯控制尤其值得探討。

1 引風機變頻改造的方式

600MW引風機變頻改造一般結合機組大修或除塵、脫硝等大系統的改造同步進行，洛河電廠#6機組引風機原為成都風機廠的AN35e6（V13+4°）型靜葉可調軸流風機，配套3000kW鼠籠式異步電動機電機，2011年結合脫硝改造，將原風機增容到4500kW，同時配套增加變頻器，實現變頻自動調節。引風機變頻改造一般有一拖一不帶旁路方案，或者一拖一各帶手動旁路，最穩妥的方式是一拖一帶自動旁路。洛河電廠#6機組就是采用這種方式進行改造。改造后的一次系統圖如圖1所示。

圖1 改造后的一次系統圖

其中，QF1為變頻器進線開關，QF2為變頻器出線開關，QF3為變頻器旁路開關，正常情況6000V高壓電源經QF1送至變頻器，通過變頻器改變頻率后再經過QF2出線開關送至引風機變頻電機驅動風機工作。當然這其中還有復雜的控制回路，洛河電廠采用PLC加DCS的負荷控制方式實現精確控制，其基本控制原理圖如圖2所示。

圖2 變頻器基本控制原理圖

圖中電源為電廠提供的600kV高壓電源；主電路即變頻回路；電動機為驅動引風機的變頻電機；控制電路即直接控制變頻器頻率的電路，它接收外部指令并根據設定好的程序形成控制指令輸入主電路，控制主電路的輸出頻率。運轉指令是由DCS送來的，DCS系統邏輯回路根據機組負荷要求，計算出實際需要的變頻指令輸入變頻器，變頻器根據接收的指令改變輸出頻率，實現風機轉速升降，保證爐膛負壓穩定。DCS邏輯指令的形成以及旁路自切功能的實現下節有詳細介紹。

2 變頻改造后的邏輯組態及效果驗證

引風機改造過程中的主體部分，如將普通電機改為變頻電機，增加進出線柜及旁路柜，增加變頻器等均能夠在廠家指導下進行，對于用戶來講，只要設備選型合適，工作量和風險都不是太大。其實引風機變頻改造的主要風險在于DCS軟件組態的合理實用性以及根據具體機組情況設置的相關參數。

洛河電廠#6機組引風機變頻改造在大量調研的基礎上，結合機組的具體情況，反復討論，最終確定了適合洛河#6機組引風機變頻改造的邏輯組態，主要原則是：（1）原引風機靜葉調節自動回路（即工頻自動回路）保留，不做變更；（2）引風機變頻調節自動回路（即變頻自動回路）采用原靜葉調節自動回路，輸入輸出點做相應修改；（3）變頻調節和工頻調節回路做切換開關，相互閉鎖對應的調節回路；（4）DCS系統對變頻速率不做限制，由變頻器自身實現保護。最終形成變頻指令回路如圖3所示。

即以原靜葉控制為基礎，回路輸入主指令還是根據鍋爐主控形成，爐膛負壓偏差作為指令修正值，最終形成變頻控制指令，保證爐膛負壓穩定在設定值，回路輸入的反饋由原靜葉開度更改為引風機轉速，整個系統為開環控制系統。增加引風機變頻切手動判斷邏輯，回路如圖4所示。

圖4 引風機變頻切手動判斷邏輯圖

為了保證變頻故障，系統能夠平穩切至工頻運行并保持相關參數穩定，討論確定變頻故障自動切旁路邏輯的主要原則是：（1）根據風機廠資料及運行經驗做出初步負荷—靜葉開度函數；（2）QF1（變頻器上口進線開關），QF2（變頻器下口出線開關），QF3（變頻器旁路開關）分別做一個單操面板開關；（3）變頻故障時，由變頻器自身控制系統分閘QF1、QF2開關（QF3是否合閘由DCS系統檢測決定）。DCS系統檢測到QF1、QF2開關同時處于分閘狀態情況下，變頻自動切除，相應的靜葉（擋板在自動位置）快速關閉至負荷—靜葉開度函數計算輸出值位置，偏差小于2%（可調），發出合閘QF3指令（QF3在備用位置）；（4）單側變頻器故障切工頻運行時，對側變頻自動保持；故障側靜葉自動不投入，由運行根據引風機進線開關電流手動調節風量平衡（因為洛河電廠單側引風無風量測點）；（5）單側引風自動，允許投AGC。按照此原則，首先組態負荷——靜葉開度的F（X）曲線，如圖5所示。

圖5 負荷——靜葉開度的F（X）曲線及組態圖

在引風機變頻故障自切旁路前，首先保證相關開關狀態等滿足條件，再根據F（X）函數計算值將引風機靜葉關閉至指令要求的位置（偏差可調），最后發旁路開關合閘指令，以保證爐膛壓力偏差不至于過大，同時也防止引風機電機過流跳閘。最終的組態邏輯圖如圖6所示。

3 實際運行檢驗

根據廠部統一安排，在洛河#6機組大修啟機后即投入變頻運行，2臺引風機變頻運行效果良好，自動回路投切自如，爐膛壓力波動在150Pa以內。

圖6 引風機變頻自切旁路邏輯圖

值得一提的地方是，在2011年11月18日，由于6B變頻器故障，DCS系統準確判斷并正確動作，自動切換為工頻運行，系統各項參數均較穩定，爐膛負壓波動在-300Pa～+1200Pa之。整個過程分2部分：首先，變頻器故障后，QF1、QF2分閘，靜葉快速關閉，爐膛壓力短暫沖高至1200Pa，引風機電機電流到0，大約持續15s時間；待靜葉關閉到位后，旁路開關QF3合閘，爐膛負壓快速回落至-300Pa后趨于穩定，引風機電機電流短暫沖高后回落至正常值，大約持續5s時間，其余各項參數均無變化。2011年12月4日，6A變頻器故障，旁路自切也非常成功。具體曲線如圖7、圖8所示。

4 值得推廣及思考的地方

本次引風機變頻改造，值得思考的地方有2點：一是我們并不是局限于變頻器及電機本體等主設備本身，而是高度重視變頻改造的相關軟件組態，積極收資，多處調研，多次討論，最終形成組態方案，并嚴謹實施，確保了組態方案的科學有效性；二是我們充分考慮自動旁路切換中的種種不利因素，一一研究解決，保證了在變頻故障情況下控制系統自切工頻并能夠維持機組穩定運行，實踐證明這一方案是切實有效的。這2點是同類型設備改造值得借鑒的地方。

對于變頻改造的節能效果，我們根據洛河#6機組相同工況下，變頻及工頻實際對比測算，得出的數據如下：

工頻：580MW：6.3（電壓）×300（電流）×0.85（功率因數）×1.732＝2782kW；

工頻：350MW：6.3（電壓）×210（電流）×0.85（功率因數）×1.732＝1948kW；

變頻：580MW：6.3（電壓）×230（電流）×0.85（功率因數）×1.732＝2133kW；

變頻：350MW：6.3（電壓）×110（電流）×0.85（功率因數）×1.732＝1020kW；

高負荷段14小時（早八時至晚十時）節電：（2782-2133）×14=9086度；

圖7 2011年11月18日6B引風機變頻自切旁路參數監視

圖8 2011年12月4日6A引風機變頻自切旁路參數監視

低負荷段10小時（晚10時至早8時）節電：（1948-1020）×10=9280度

全天節電：（9086+9280）×2（兩臺風機）=36732 度；

按照機組全年300天在網，上網電價0.428元；

全年合計節約：36732×300×0.428=4716388 元。

上述數據是在實測中得到的，故大功率調節設備的節能改造的潛力我們應該高度重視，在控制方案科學有效的前提下，應該努力推廣。

［1］滿永奎，韓安榮.通用變頻器及其應用［M］.北京：機械工業出版社版，2012.

［2］肖朋生，王建輝.變頻器及其控制技術［M］.北京：機械工業出版社版，2008.