空預(yù)器控制回路優(yōu)化改造

孫研，趙效輝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

空預(yù)器控制回路優(yōu)化改造

孫研，趙效輝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

介紹了華電萊州發(fā)電有限公司空氣預(yù)熱器控制回路原理、空氣預(yù)熱器事故分析及控制回路存在的問題，提出對氣動馬達、直流電源、PLC回路等方面進行優(yōu)化改造的解決方案，改造后提高了設(shè)備的可靠性和安全性。

空預(yù)器；控制回路；事故分析；改造；可靠性

0 引言

空氣預(yù)熱器(以下簡稱空預(yù)器)是提高鍋爐熱交換性能、降低熱量損耗的1種預(yù)熱設(shè)備[1]。機組正常運行時，1臺空預(yù)器跳閘將迫使鍋爐減負荷，2臺空預(yù)器跳閘則會造成鍋爐滅火的嚴重后果[2]。作為鍋爐運行必不可少的重要設(shè)備之一，空預(yù)器的安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要[3]。空預(yù)器控制回路主要通過對空預(yù)器驅(qū)動電機進行控制及調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對空預(yù)器的監(jiān)測和保護，若控制回路出現(xiàn)故障，空預(yù)器將無法正常運行[4]。

1 設(shè)備概況

華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡稱萊州公司)1期2×1 000 MW機組采用東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，每臺鍋爐配置2臺三分倉轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)再生式空預(yù)器，轉(zhuǎn)速為0.96 r/min，型號為LAP17286/2250。電驅(qū)動裝置采用2臺22 kW的電動機，主驅(qū)動電機采用鍋爐電動機控制中心(MCC)段電源，輔助驅(qū)動電機采用鍋爐保安MCC段電源。控制系統(tǒng)由SEW天津傳動設(shè)備有限公司生產(chǎn)，空預(yù)器主、輔助電機控制回路各配有西門子PLC和1臺SEW變頻器，實現(xiàn)電機變頻啟停和調(diào)速，主、輔助變頻器互為備用。此外，每臺空預(yù)器還配有1臺氣動馬達，作為備用驅(qū)動。

2 空預(yù)器控制回路介紹

正常時，空預(yù)器可由主電機(輔助電機)驅(qū)動，由操作員站選擇控制箱遠控或就地控制方式，主(輔)變頻器有變頻和工頻2種運行方式。空預(yù)器控制回路原理如圖1所示，現(xiàn)以主變頻器變頻啟動、運行為例說明空預(yù)器變頻器控制回路的主要設(shè)計思路。

控制箱處于遠控方式時，操作員發(fā)送遠方啟動主電機指令，繼電器K25，K32吸合，K25，K32常開觸點閉合；PLC模塊接收到分散控制系統(tǒng)(DCS)主機啟動信號后，自動發(fā)送變頻器變頻運行信號，觸發(fā)變頻器軟啟動，啟動主電機。當主電機轉(zhuǎn)數(shù)達到設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)時，由變頻器發(fā)送信號給PLC模塊，PLC模塊接收到啟動完成信號后，調(diào)節(jié)變頻器為工頻運行，主電機遠程啟動完成。變頻器變頻、工頻轉(zhuǎn)換是通過接觸器KM1，KM3相互閉鎖實現(xiàn)的。停車時，操作員發(fā)送遠方停止主電機指令，PLC模塊接收停機信號后控制變頻器調(diào)節(jié)主電機停機。緊急情況下可發(fā)送“遠控急停”指令，接觸器K23得電，K23常開觸點閉合，PLC控制主電機緊急停機。

當主電機故障停機，DCS顯示主電機運行信號消失，延時4 s，電流消失，則DCS遠控啟動輔助電機，繼電器K34得電，K34常開觸點閉合，CPU觸發(fā)變頻器啟動輔助電機。當輔助電機故障，DCS遠控啟動氣動馬達，繼電器K36得電，CPU啟動氣動馬達，繼電器K27得電，氣動馬達運行回路接通，氣動馬達啟動。主(輔助)電機、氣動馬達通過主控允許(輔控允許)回路中KM2，KM4(KM1，KM3)，KM5觸點實現(xiàn)閉鎖。

控制箱處于就地方式時，按下SB11按鈕，主電機啟動；停止時，按下SB12按鈕；急停時，按下按鈕SB1，繼電器K23常開觸點閉合，電機停機。

3 空預(yù)器事故分析

萊州公司#1，#2鍋爐空預(yù)器自2012年12月投運以來，發(fā)生了2次由于控制回路問題導(dǎo)致空預(yù)器主、輔助電機誤跳閘事故，致使機組降負荷運行，嚴重影響了機組的安全穩(wěn)定運行。

本文主要介紹2015年#1鍋爐A空預(yù)器主電機“異常跳閘”事故及2016年#2鍋爐A空預(yù)器主電機運行中跳閘事故，同時對這2次事故中空預(yù)器控制回路存在的主要問題進行了分析。

圖1 空預(yù)器控制回路原理圖

3.1#1鍋爐A空預(yù)器主電機“異常跳閘”

(1)事故經(jīng)過。2015年1月15日 04:09:20，#1鍋爐A空預(yù)器主電機“異常跳閘”，主電機跳閘和氣動馬達運行信號自動發(fā)出。04:09:21，DCS發(fā)出#1鍋爐A空預(yù)器輔助電機聯(lián)啟指令，輔助電機聯(lián)啟失敗。04:09:30，#1鍋爐A空預(yù)器“停轉(zhuǎn)”報警發(fā)出，#1機組快速減負荷(RB)動作，E制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖跳閘。就地檢查發(fā)現(xiàn)，A空預(yù)器轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，氣動馬達未嚙合空轉(zhuǎn)，主輔電機控制柜無異常報警。04:20：00，遠操停運氣動馬達，啟動空預(yù)器主電機成功，電流19.69 A，#1機組恢復(fù)正常運行。

(2)原因分析。主電機跳閘前后設(shè)備無異常，電流無異常跳變，可排除空預(yù)器機械故障原因。#1鍋爐A空預(yù)器氣動馬達無指令而自啟動，同時主電機跳閘，1 s后輔助電機啟動指令失敗，分析原因為氣動馬達自啟動運行，觸發(fā)主電機跳閘指令、并導(dǎo)致輔助電機啟動指令失敗。#1鍋爐A空預(yù)器在氣動馬達自啟動后轉(zhuǎn)子仍停轉(zhuǎn)是因為氣動馬達未嚙合空轉(zhuǎn)，停運空預(yù)器后檢查發(fā)現(xiàn)，氣動馬達離合器減速機側(cè)固定螺栓斷裂，使氣動馬達啟動后無法嚙合。

3.2#2鍋爐A空預(yù)器主電機跳閘

(1)事故經(jīng)過。2016年3月21日02：23：00，#2鍋爐A空預(yù)器主電機跳閘，輔助電機聯(lián)啟后運行4 min左右跳閘，在復(fù)歸信號后，手動啟動#2鍋爐A空預(yù)器主電機，#2鍋爐A空預(yù)器變頻器啟動，電機轉(zhuǎn)動，但主電機電流為0，接觸器KM1在吸合狀態(tài)。06：40：00，遠控停止#2鍋爐A空預(yù)器主電機無反應(yīng)，拉開#2鍋爐A空預(yù)器主、輔助電機斷路器及控制電源后，空預(yù)器主電機停止。06：45：00，重新合閘送電后，#2鍋爐A空預(yù)器主、輔助電機運行正常。

(2)原因分析。#2鍋爐A空預(yù)器主電機運行中跳閘，聯(lián)啟#2鍋爐A空預(yù)器輔電機運行4 min跳閘過程中，熱繼電器未動作，變頻器無報警和動作記錄，因此排除過載及變頻器故障。遠控再次啟動#2鍋爐A空預(yù)器主電機，DCS運行狀態(tài)發(fā)出，空預(yù)器主電機運轉(zhuǎn)，但主電機電流為0，變頻器不升頻，判斷PLC調(diào)節(jié)變頻器異常，主電機不能切換到工頻運行。對變頻器和PLC重新送電，再次啟動主、輔助電機，運行均都正常。

綜上所述，判斷#2鍋爐A空預(yù)器主電機運行中跳閘原因為PLC調(diào)節(jié)變頻器異常。

3.3 存在的問題

(1)氣動馬達啟動控制回路通過繼電器K27和接觸器KM5回路控制，正常運行時，繼電器K27線圈易受干擾啟動氣動馬達，致使主電機異常跳閘，輔助電機無法啟動，影響空預(yù)器安全穩(wěn)定運行。

(2)24 V電源給PLC操作回路、變頻器控制回

路、電磁閥及電流互感器供電，電源模塊輸入端為雙電源設(shè)計，但輸出端只有1路，為單電源供電，運行中如果電源模塊出現(xiàn)故障，將停運空預(yù)器。

(3)DCS通過PLC控制空預(yù)器主、輔助電機及氣動馬達的啟停，由于PLC模塊容易受感應(yīng)電壓的影響，可能誤發(fā)信號導(dǎo)致主、輔助電機停機。

4 空預(yù)器控制回路改造

基于2015年及2016年2次空預(yù)器主、輔助電機跳閘事故，針對空預(yù)器變頻器控制回路存在的問題，對#1，#2鍋爐空預(yù)器控制回路進行了2次優(yōu)化改造。第1次改造為取消氣動馬達控制回路、增加24 V直流電源模塊；第2次改造為取消PLC控制回路、增加制動電阻。

4.1 氣動馬達控制回路改造

經(jīng)分析，氣動馬達控制回路嚴重影響空預(yù)器運行，根據(jù)#1鍋爐A空預(yù)器主電機“異常跳閘”事故分析，取消氣動馬達控制回路，拆除空預(yù)器氣動馬達電氣控制回路(KM5回路)，拆除DCS啟動氣動馬達指令二次接線(K36接線)，短接氣動馬達運行聯(lián)跳主、輔助電機接點(KM5常閉接點)，拆除氣動馬達啟動繼電器K27接線，拆除氣動馬達停止回路(K28回路)，氣動馬達單純采用氣源手動門進行控制，控制回路遠程、就地只對主(輔助)電機進行控制，主、輔助電機互為備用。

4.2 增加24 V直流電源模塊

空預(yù)器主、輔助電機啟停控制回路獨立配線，2臺電機之間無電氣聯(lián)鎖，即1臺電機運行或停止不影響另1臺電機運行或停止，2臺電機的啟停由DCS邏輯控制。同時，空預(yù)器主(輔助)電機變頻器增加“變頻轉(zhuǎn)速達到”信號至DCS，信號到達延時30 s會自動切為工頻運行。

空預(yù)器控制柜內(nèi)增加1個24 V直流電源模塊，2個電源模塊分別給主、輔助電機控制回路的電流互感器提供24 V直流電源，這2個電源模塊彼此相互獨立，不受干擾。

每個電源模塊上口增加1個空氣開關(guān)，當直流電源模塊發(fā)生故障時，開關(guān)會直接跳閘，不會影響控制回路的運行，同時在不停機的情況下便于維修和更換直流電源模塊。

4.3 取消PLC控制回路

空預(yù)器事故多因PLC控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致，因此需要對PLC控制回路進行改造。取消PLC控制回路，拆除空預(yù)器PLC自動/手動切換(K31繼電器回路)，拆除PLC模塊，空預(yù)器驅(qū)動電機控制單純采用DCS邏輯，改造中所涉及的開關(guān)輸入和輸出信號由增加的繼電器實現(xiàn)。這不僅簡化了控制回路，同時也大大減小了空預(yù)器控制回路的故障率。

4.4 增加制動電阻

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，當電機出現(xiàn)故障緊急停車及變頻器調(diào)節(jié)電機減速時，電機能量會反饋到變頻器，使變頻器直流電路電壓快速升高，變頻器過壓報警，導(dǎo)致電機主回路失電急停。在電機減速過程中，瞬間失電急停容易損壞電機，減小電機的使用壽命。因此為了提高工作效率，保證變頻器對電機的安全降速停機，需要增加制動電阻將電機產(chǎn)生的能量以熱量的形式釋放。針對我公司空預(yù)器電機變頻器的功率和型號，選用R.XHG 15 Ω的波紋制動電阻。

對#1，#2爐空預(yù)器控制回路改造至今，空預(yù)器運行良好，未出現(xiàn)異常情況。

5 結(jié)束語

在原空預(yù)器控制回路基礎(chǔ)上，取消了氣動馬達和PLC控制回路，增加了24 V直流電源模塊和制動電阻。改造后，空預(yù)器變頻器控制回路得到較大的簡化，消除了因氣動馬達和PLC控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致空預(yù)器電機異常停運等隱患，提高了設(shè)備可靠性，為機組安全、穩(wěn)定運行提供了保障。

[1]孫健.火力發(fā)電廠回轉(zhuǎn)式空預(yù)器優(yōu)化改造[D].北京：華北電力大學(xué),2015.

[2]王新中,王云輝.空預(yù)器主電機及氣動馬達切斷電磁閥控制回路改造[J].電力安全技術(shù),2010,12(8):38-39.

[3]蘭建輝.空氣預(yù)熱器電機及控制回路的常見問題和優(yōu)化措施[J].山西科技,2016,31(3):153-155.

[4]劉炬.600 MW機組空預(yù)器雙變頻器控制回路改造[J].電力安全技術(shù),2014(7):30-32.

(本文責編：劉炳鋒)

2017-02-20；

2017-05-27

TM 621.6

B

1674-1951(2017)07-0059-03

孫研(1989—)，女，吉林磐石人，助理工程師，工學(xué)碩士，從事電氣繼電保護檢修工作(E-mail:1248102266@qq.com)。

趙效輝(1987—)，男，山東菏澤人，助理工程師，工學(xué)碩士，從事電廠運行巡檢工作(E-mail:1248102299@qq.com)。