高壓變頻器工變頻在線切換優化

胡庭枝(中科(廣東)煉化有限公司，廣東 湛江 524076)

1 概述

某公司CFB鍋爐裝置的2臺1250kW的引風機、2臺為2800kW的一次風機電機均進行了帶工變頻在線切換的變頻器改造，4臺變頻器均采用西門子羅賓康變頻器。改造后節能效果良好，2臺引風機電機每年可節約電量約為707萬kWh，2臺一次風機電機每年可節約電量約為1264萬kWh，按0.7元/kWh計算，4臺風機電機每年可節約電費約為1379.7萬元。4臺高壓變頻器在三年內共出現了4次故障，都是變頻器散熱風機和控制回路的故障，均成功從變頻回路切換至工頻回路運行，未造成CFB鍋爐裝置停運。但在修好變頻器散熱風機和控制回路的故障后，無法確保能從工頻安全切換至變頻運行，故不敢在CFB爐帶正常負荷情況下從工頻切至變頻，無法繼續實現節能增效的目的。

2 優化前高壓變頻器工變頻在線切換情況

2.1 帶變頻器的一次系統圖

這四臺電機的高壓變頻器系統與高壓開關斷路器J1、J2、J3配合使用完成，以完成變頻/工頻之間互相轉換。其一次系統圖如圖1所示。

圖1 一次系統圖

圖中DL是指廠用電變電所內配出高壓開關柜的斷路器；變頻進線J1、變頻出線J2、工頻旁路J3是指與變頻器配合使用實現變頻/工頻轉換的斷路器；INV是指高壓變頻器。

2.2 高壓變頻器系統的變頻器切換邏輯方案

四臺電機的高壓變頻器系統的變頻器切換邏輯方案統一如下：

(1)變頻正常啟動

變頻正常啟動如圖2所示。

圖2 變頻正常啟動

(2) DCS工頻啟動風機邏輯框圖

DCS工頻啟動風機邏輯框圖如圖3所示。

圖3 DCS工頻啟動風機邏輯框圖

(3)手動變頻轉工頻

手動變頻轉工頻如圖4所示。

圖4 手動變頻轉工頻

(4)變頻故障轉工頻

變頻故障轉工頻如圖5所示。

圖5 變頻故障轉工頻

(5)手動工頻轉變頻

手動工頻轉變頻如圖6所示。

圖6 手動工頻轉變頻

(6) DCS停風機邏輯框圖

DCS停風機邏輯框圖如圖7所示。

圖7 DCS停風機邏輯框圖

2.3 斷路器控制回路聯鎖功能

(1) 工頻旁路J3與變頻J1、J2斷路器均具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。

(2)變頻故障轉工頻：變頻器故障信號發至J1柜，使中間繼電器ZJ1得電，從而觸發J1和J2跳閘線圈以及延時回路繼電器SJ得電，延時繼電器SJ的輔助觸點閉合后，觸發中間繼電器ZJ3得電，進而使J3合閘回路導通，變頻轉工頻完成。

(3) 工頻轉變頻：由DCS發信號至J1柜，使中間繼電器ZJ2得電，從而觸發J3跳閘線圈以及J1和J2合閘線圈得電，J3分閘，J1和J2合閘后工頻轉變頻完成。

3 主要優化措施

3.1 電氣控制回路優化

(1) 工頻旁路J3與變頻出線J2斷路器具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。取消工頻旁路J3與變頻進線J1斷路器間的電氣閉鎖功能，兩者能同時合閘。

(2)增加了DCS控制變頻進線斷路器J1合閘功能。

(3)變頻故障轉工頻：變頻器故障信號發至J1柜，使中間繼電器ZJ1得電，從而觸發J1和J2跳閘線圈以及延時回路繼電器SJ得電，延時繼電器SJ的輔助觸點閉合后，觸發中間繼電器ZJ3得電，進而使J3合閘回路導通，變頻轉工頻完成。

(4)工頻轉變頻：由DCS發一信號至J1柜，使J1合閘，待變頻器自檢無故障再使使 J3分閘，延時后合上J2，J1和J2合閘后工頻轉變頻完成。

具體修改前后的控制回路圖，如圖8所示。

圖8 J1斷路器控制回路圖修改前后

3.2 變頻器內部控制回路部分優化

在變頻器相關器件柜出廠設計中，變壓器柜有2臺風扇、單元柜有2臺風扇，共4臺，每面柜內都有溫度探頭且設有溫度聯鎖。其中任意1臺風扇空開跳閘，變頻器都會自動由變頻切換為工頻運行。為減少風扇空開跳閘對變頻器的影響，通過更改二次回路和內部邏輯設置，實現變壓器柜2臺風扇或單元柜2臺風扇空開同時跳閘，才由變頻切換為工頻運行。控制回路優化修改如圖9所示。

圖9 變頻器內部控制回路圖修改前后

3.3 其他優化

(1)將抗晃電時間延長從3s延長至9s。根據《DL 994-2006-T火力發電廠風機水泵用高壓變頻器》第6.22.3條“在電廠主電源斷電后，廠用電網切換時，變頻器應能保證9s內再次合閘后能夠自動正常運行。”

(2)高壓變頻器控制電源從市電改為UPS供電。

(3)將變頻切工頻的切換時間從7s修改為5s。

(4)將變頻切工頻的關風門開度從30%修改為35%。

4 優化后實際切換情況

利用CFB爐停爐檢修的機會，修改了控制回路接線、變頻器邏輯和DCS邏輯。修改好后又發生了一次1#一次風機變頻器散熱風扇故障導致變頻器報故障切換至工頻運行，更換新散熱風扇后進行了CFB鍋爐裝置帶正常負荷情況下工頻轉變頻的在線切換，切換成功。切換數據如表1所示。

5 結語

近幾年降本增效、節能標準要求越來越高，高壓變頻器是一個很好的節能手段，但相應的電氣運行風險增大、維護量增大很多，但變頻器故障要能在線切換至工頻回路，變頻器故障處理好后要能從工頻回路在線切換至變頻回路才能滿足連續生產的需要。但切換過程存在較大風險，必須想辦法將風險降至最低，在可控范圍內。定期做好切換試驗，確保在線切換回路正常，為達到降本增效、節能目標而且又能保證電機及裝置連續生產穩定運行。

表1 工頻切變頻數據