一次風(fēng)機變頻裝置自動旁路應(yīng)用分析

杜志強

(華電忻州廣宇煤電有限公司，山西 忻州 034000)

0 引言

近年來變頻裝置因其良好的節(jié)能效果而被廣泛應(yīng)用到工業(yè)中。發(fā)電廠6 kV轉(zhuǎn)動設(shè)備(如凝結(jié)水泵、循環(huán)泵、風(fēng)機等)引入高壓變頻裝置進行調(diào)速成為一種重要的節(jié)能手段。變頻裝置本身使用的電子元器件比較多，對運行條件要求比較高，環(huán)境溫度、灰塵等因素易導(dǎo)致變頻裝置電子元件出現(xiàn)故障，造成變頻裝置跳閘。引風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機等是發(fā)電廠鍋爐系統(tǒng)重要的設(shè)備，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障跳閘，將嚴重影響發(fā)電機組的經(jīng)濟效益。為保證變頻裝置出現(xiàn)故障時機械設(shè)備能繼續(xù)運行，一般增設(shè)高壓變頻裝置旁路，變頻裝置故障后通過切換至旁路工頻運行，從而保證機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

1 變頻裝置旁路設(shè)計概況

旁路運行切換方式一般分為手動切換(手動旁路)和自動切換(自動旁路)兩種方式。手動切換方式需要在變頻裝置所帶機械完全停運后，人為手動切換至工頻運行。這種方式切換時間較長，在切換完成之前機組單風(fēng)機運行，負荷降低，給機組帶來嚴重的安全隱患及經(jīng)濟損失。自動切換，即在變頻裝置出現(xiàn)故障后，通過自動裝置自動切換至工頻運行，從而保證機組的安全穩(wěn)定運行。部分發(fā)電廠為了保證機組的安全穩(wěn)定運行，在設(shè)置變頻裝置旁路時，已采用自動旁路方式。

某公司2×350 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組于2016年12月20日實現(xiàn)雙投。該公司一次風(fēng)機采用6.6 kV西門子(羅賓康)6SR4502-2型變頻裝置調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速來改善一次風(fēng)機性能曲線。變頻裝置最初設(shè)計為手動旁路，但為保證一次風(fēng)機安全、穩(wěn)定、可靠運行，優(yōu)化為自動旁路。由于設(shè)計缺少投切方案，在調(diào)試試運期間無法對自動旁路進行調(diào)試，因此該公司自動旁路一直未投入運行。

2 一次風(fēng)機變頻裝置投自動旁路的必要性

該公司350 MW機組在試運行開始至投產(chǎn)后的一年內(nèi)，一次風(fēng)機變頻裝置由于所處環(huán)境、變頻裝置自身等原因發(fā)生跳閘3次，導(dǎo)致機組主燃料跳閘(MFT)1次、快速減負荷(RB)2次。

該公司一次風(fēng)機變頻裝置接線如圖1所示。

圖1 一次風(fēng)機變頻裝置接線

正常啟動時，分別合上開關(guān)QF、QF1、QF2，回路接通，啟動變頻裝置并進行調(diào)整，電機帶一次風(fēng)機運行。當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)"重故障"時，變頻裝置停運，開關(guān)QF1、QF2斷開，一次風(fēng)機電機跳閘停運，機組RB。因該公司未調(diào)試自動旁路，如果將變頻裝置切換至旁路運行，需要將QF1、QF2拉至檢修位置，將QF3推至工作位置，合上開關(guān)QF3才能啟動一次風(fēng)機運行。因變頻裝置跳閘后一次風(fēng)機單側(cè)運行，鍋爐為穩(wěn)定燃燒需要投燃油助燃，機組負荷也降至50%以下，機組穩(wěn)定后才能人為將變頻裝置切至手動旁路，啟動一次風(fēng)機并列運行。該期間需要2個小時左右的時間，給機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行帶來很大的隱患。

如果投入自動旁路運行方式，變頻器發(fā)生“重故障”后退出運行，開關(guān)QF1、QF2斷開后自動合上QF3，同時閉鎖機組RB，一次風(fēng)機不需要停運。為保證該公司機組安全穩(wěn)定運行，迫切需要投入變頻裝置自動旁路。

3 一次風(fēng)機變頻裝置投自動旁路問題分析

3.1 變頻裝置投入自動旁路的方式

變頻裝置投入自動旁路方式可分為2種：一是只要變頻裝置發(fā)出“重故障”信號就自動切至旁路(跳開開關(guān)QF1、QF2、合上開關(guān)QF3)，如果是電機故障，相當(dāng)于旁路直接給故障電機送電，工頻綜合保護動作再次跳閘；二是通過輔助判據(jù)進行判斷，如果判斷為風(fēng)機或電機故障則閉鎖旁路并觸發(fā)RB，否則直接切至旁路運行。DT/T 1195—2012 《火電廠高壓變頻裝置運行與維護規(guī)范》6.2.3.1.1條規(guī)定，高壓變頻裝置由變頻運行方式切換為旁路運行方式可以通過機組控制系統(tǒng)或就地控制面板實現(xiàn)手動操作，具備條件的也可采用自動操作。切換操作前變頻裝置控制系統(tǒng)須正確判別是否存在電機或電纜故障，防止切換操作導(dǎo)致事故擴大。依據(jù)該規(guī)定，應(yīng)該執(zhí)行第2種切換方式。

3.2 故障判斷

變頻裝置的故障無法判斷是來源于本身還是外部。在變頻裝置本身出現(xiàn)“重故障”和一次風(fēng)機電機出現(xiàn)故障后，變頻器均發(fā)出“重故障”信號，無法區(qū)分故障設(shè)備。一次風(fēng)機出現(xiàn)故障后，其分布式控制系統(tǒng)(DCS)給變頻器發(fā)出停運信號，無論是變頻裝置本身出現(xiàn)故障還是風(fēng)機、電機出現(xiàn)故障，變頻裝置都將退出運行并跳開開關(guān)QF1、QF2。

3.3 自動切換對鍋爐燃燒的影響

變頻裝置自動切換至旁路運行后，會對鍋爐的燃燒造成干擾。當(dāng)變頻裝置運行時，一次風(fēng)機入口擋板在全開位置，風(fēng)量的調(diào)節(jié)是靠變頻裝置調(diào)節(jié)一次風(fēng)機的轉(zhuǎn)速完成的，不同負荷對應(yīng)不同的風(fēng)量。當(dāng)變頻器因故障退出運行后自動切至工頻運行，一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速立即上升至額定轉(zhuǎn)速定速運行，風(fēng)量出現(xiàn)很大變化，造成燃料突然增加，鍋爐燃燒不穩(wěn)。

3.4 自動切換對機組RB的要求

變頻裝置出現(xiàn)故障后，如一次風(fēng)機跳閘，應(yīng)立即啟動機組RB。變頻裝置停運自動切換成功后應(yīng)閉鎖RB，保證RB不誤動，如果自動切換不成功要保證RB不拒動。

4 一次風(fēng)機變頻裝置投自動旁路的可行性分析

4.1 變頻裝置故障判斷方法

變頻裝置無法判斷一次風(fēng)機電機故障還是變頻裝置本身故障，所以需要加入輔助判據(jù)：一次風(fēng)機DCS保護動作后會給變頻裝置一個停運信號，變頻裝置接到停運信號后退出運行，所以無一次風(fēng)機DCS保護給變頻器的信號可作為變頻裝置切換至旁路的一個輔助判據(jù)；一次風(fēng)機電機及引出電纜出現(xiàn)短路故障后回路電流將會突增，利用電流變化作為電機故障的另一個輔助判據(jù)，如圖2所示。

圖2 利用電流變化作為電機故障的判據(jù)

電流互感器TA2測量的電流為最好的輔助判據(jù)，它能區(qū)分是電機側(cè)故障還是變頻器側(cè)故障。如果需要精確鑒別是否為電機故障，需要在此處加裝1組電流互感器，取此處電流作為輔助判據(jù)。

因為過去出現(xiàn)的3次故障均為非電量故障，因此可以取電流互感器TA1/TA的測量電流作為判據(jù)。取TA2測量的電流作為判據(jù)僅稍微擴大了保護范圍，對于變頻裝置切換至旁路的影響不是很大。如果一次風(fēng)機電機電流沒有超過設(shè)定值，變頻器“重故障”信號發(fā)出后，即可將變頻裝置切換至旁路。

綜合以上2種輔助判據(jù)，如果變頻裝置退出運行，同時一次風(fēng)機保護(或手動停運)、電機電流突增均沒有發(fā)生，則直接將變頻裝置切換至旁路運行同時閉鎖機組RB。

4.2 一次風(fēng)入口擋板調(diào)整方法

機組負荷一般在50%～100%區(qū)間內(nèi)運行，工頻運行時將不同負荷對應(yīng)的一次風(fēng)入口擋板開度做好記錄。在變頻裝置運行時，讓一次風(fēng)機入口擋板指令虛擬跟蹤負荷變化，一旦變頻裝置切至自動旁路運行，一次風(fēng)入口擋板開度立即調(diào)整至相應(yīng)負荷對應(yīng)的開度，以減小一次風(fēng)機由變頻切換至工頻運行時對鍋爐的擾動。

4.3 邏輯控制與RB保護的時間配合問題

因為一次風(fēng)機跳閘后會啟動機組RB，所以邏輯控制要考慮好與RB保護的時間配合問題，防止RB誤動或拒動。

解決以上3點問題，即可保證變頻裝置正確切換至自動旁路運行且減小對鍋爐的擾動。

5 一次風(fēng)機變頻裝置自動切換旁路方案

5.1 一次風(fēng)機變頻裝置自動旁路實現(xiàn)方法

自動旁路切換需要通過電氣硬接點實現(xiàn)，需要重新布線并且需要增加繼電器，投入物力、財力、人力較多。相較來說，用熱控邏輯方法實現(xiàn)自動切換方便簡單，因此建議使用該方法實現(xiàn)。

5.2 一次風(fēng)機變頻裝置自動旁路實現(xiàn)方案

如圖3所示，當(dāng)變頻器因故障退出運行時(圖1中QF1、QF2開關(guān)跳閘)，發(fā)出重故障信號(DI)，未發(fā)出一次風(fēng)機保護動作信號(DI)與一次風(fēng)機變頻器電流異常信號(DI)。

圖3 自動旁路切換熱控邏輯

這3個條件同時滿足時，DCS發(fā)出指令合上開關(guān)QF3(圖1中)，同時閉鎖一次風(fēng)機RB，變頻裝置自動切至旁路運行，完成自動切換功能。

6 結(jié)論

本文針對公司一次風(fēng)機變頻裝置切換至自動旁路的可行性進行了分析并制定了可行的切換方案，但在現(xiàn)場還沒有進行應(yīng)用。