自動旁路在一次風機變頻中的應用

摘 要：隨著節能減排工作的不斷深化，火電機組風機變頻改造在發電廠的逐步應用。一臺300MW級別容量的火電機組通常包括2臺引風機、2臺送風機、2臺一次風機和一臺增壓風機。通過對風機設備進行變頻改造，利用變頻控制，代替擋板調節風量，可以提高風機設備的運行效率，改善風機運行工況，節能降耗，降低生產成本。但是如果風機變頻器出現故障，導致風機停運，也會對火電機組的正常運行造成影響，如果處理不及時，可以產生爐膛壓力波動、機組負荷迫降乃至停機跳閘事故發生。據不完全統計，300MW火電機組每次機組跳閘的恢復時間至少要一小時以上，用油20噸以上，損失電量30萬度。通過對一次風機變頻器進行自動旁路改造，可以避免變頻器故障造成的對機組運行的影響，提高火電機組安全運行系數。

關鍵詞：變頻器；自動旁路；電廠

1 機組情況

某電廠#3機組，機組容量330MW，亞臨界中間一次再熱，單汽包自然循環固態排渣，中儲式煤粉鍋爐。建于2004年，2010年完成一次風機變頻改造，改造后多次發生一次風機變頻器故障，導致單側風機停運，影響了機組的正常運行。

3A、3B一次風機變頻自動旁路改造前。在3A、3B一次風機開關與3A、3B一次風機電機之間裝有變頻裝置。電氣一次回路如下：6KV電機電纜接于變頻裝置進線刀閘與旁路刀閘的連接處，從旁路刀閘與出線刀閘連接處有電纜與一次風機電機相連。旁路柜有3個高壓隔離開關KM1、KM2和KM3，KM2和KM3之間存在機械互鎖邏輯，不能同時閉合。變頻運行時，KM3斷開，KM1和KM2閉合；工頻運行時，KM1和KM2斷開，KM3閉合。一次風機有變頻及工頻兩種運行方式。正常情況下為變頻控制，一次風機變頻器故障后，跳一次風機6kV開關，由運行人員就地手動切旁路，變為工頻運行。

2 改造方案

一次風機變頻器發出重故障信號后，直接將旁路柜入線開關KM1，出線開關KM2自動跳開，熱工DCS收到重故障信號后關一次風機入口擋板至預設位置，同時重故障信號延時3秒后自動合旁路開關KM3，實現自動工頻運行。本方案只有旁路KM3開關在變頻故障切工頻時由DCS自動合閘，其它合跳操作均在上級一次風機6kV開關斷電后就地實現。

3 電氣回路改造

（1）操作電源：開關操作電源取自變頻器控制電源切換裝置后的交流側。

（2）6kV電源開關：取消變頻器重故障聯跳6kV開關。

（3）6kV開關變頻方式合允許條件由原來的刀閘位置用刀閘串開關位置替代。

（4）旁路柜控制：只有旁路開關KM3合閘可以在DCS遠方操

作，其它操作均在就地實現。

（5）投入變頻器掉電重啟功能，時間設為允許3秒。

4 控制邏輯修改

（1）DCS控制畫面，增加KM1、KM2、KM3開關狀態顯示，增加自動旁路投切顯示，增加旁路柜控制電源消失報警，旁路柜控制遠方/就地顯示。增加KM3手動合閘按鈕。

（2）投故障自動旁路聯鎖邏輯說明，在DCS做出“一次風機變頻故障自動旁路總允許”聯鎖投退軟按鈕。該聯鎖在同時滿足3個條件：一次風機6kV馬達開關在合位，變頻旁路柜控制在遠方， KM3開關在斷位。才開放手動投入，投入任一條件不滿足，聯鎖自動退出。

（3）機組負荷大于170MW時變頻故障自動切換工頻同時滿足的觸發條件：a.“一次風機變頻故障自動旁路總允許”聯鎖投入。b.DCS收到變頻器重故障信號。c.變頻器旁路柜KM1斷位。d.機組負荷大于170MW。

（4）在滿足觸發條件后同時執行下列邏輯：a.DCS按當時負荷與擋板開度的轉換函數聯關一次風機入口擋板，負荷330MW關至70%，負荷10MW關至30%，負荷和擋板開度曲線為線性，因擋板指令與反饋存在偏差，相應負荷指令小于反饋3%。開度指令一旦發出，擋板在執行中與觸發條件是否滿足無關，20秒后釋放。b.DCS開始計時，3秒后直接發合KM3開關指令，發3秒脈沖指令。c.DCS開始計時，必須在6秒時間到后，再判KM3開關在斷位，則認為切換失敗，跳一次風機6kV馬達開關。各定時器一旦開始計時，則與觸發條件是否滿足無關，完成計時與判斷后能自動清零，等待下一次觸發。

（5）機組負荷≤170MW時若發生變頻重故障，同時滿足下列條件跳一次風機6kV馬達開關。a.“一次風機變頻故障自動旁路總允許”聯鎖投入。b.DCS收到變頻器重故障信號。c.變頻器旁路柜KM1斷位。d.機組負荷≤170MW。

（6）不投故障自動旁路聯鎖時的邏輯

因變頻器重故障不再跳6kV開關，所以在同時滿足下列條件時跳一次風機6kV馬達開關：a.“一次風機變頻故障自動旁路總允許”未投入。b.DCS收到變頻器重故障信號。c.KM3開關斷位。d.變頻器運行信號消失。

（7）變頻器PLC取用的旁路柜狀態：原改造前變頻方式QS1、QS2及工頻方式QS3刀閘接點分別改為KM1、KM2、KM3開關繼電器擴展備用常開接點。

（8）旁路柜與DCS之間的聯系：開關量輸出：共1個點，工頻開關KM3合指令。開關量輸入：共5個點，KM1、KM2、KM3開關本身常開接點，旁路柜遠方＼就地狀態，旁路柜控制電源消失。

5 運行操作要求

（1）正常的風機啟動操作均應先合旁路柜刀閘、開關，再合6kV電源開關，停風機操作時先停6kV電源開關，再跳開旁路柜內開關。

（2）機組運行中，變頻故障切工頻時無論是否成功，運行人員應及時檢查該聯鎖狀態并退出，以備下一次投入。

（3）工頻啟動時，應就地檢查QS1、KM1、QS2、KM2在斷位，合工頻旁路開關KM3，將旁路柜遠方/就地控制把手打遠方，合6kV電源開關。

（4）旁路柜的就地合分閘操作功能，在合一次風機6kV開關前，運行人員都要檢查旁路柜刀閘、開關位置情況，置于相應變頻或工頻狀態后再上電啟動。

（5）在變頻故障切換工頻成功后，如對變頻器進行消缺，必須斷開旁路柜進線刀閘QS1、出線刀閘QS2。變頻消缺后若需投入運行，申請低谷消缺后，停一次風機人工倒換。

6 改造意義

通過對一次風機變頻器進行自動旁路改造，可以避免變頻器故障造成的對機組運行的影響，通過試驗，自動旁路可以在變頻器故障發生時快速切換至工頻狀態，保證了風機系統的正常運行，避免了對機組系統的干擾。

作者簡介：冉永為（1984-），河北任丘人，華北電力大學控制工程專業工程碩士，現在河北衡豐發電有限責任公司從事熱工控制檢修工作。