國產機組空預器DCS改造方案研究與應用

張志鵬，李承憲，黃 達，謝 明，楊文思

（國家電投江西電力有限公司新昌發電分公司，江西 南昌 330117）

0 引言

空氣預熱器也被簡稱為空預器，是一種提高鍋爐熱交換性能，降低熱量損耗的預熱設備。空氣預熱器的作用，是將鍋爐尾部煙道中排出的煙氣中攜帶的熱量，通過散熱片傳導到進入鍋爐前的空氣中，繼而將空氣預熱到一定的溫度[1]。如果出現空預器停運，將會引發機組減負荷甚至停機事件，因此空預器的安全和穩定運行直接關系著機組的穩定運行和經濟效益。同時由于某廠空預器未安裝氣動馬達，機組運行中空預器一旦出現異常停運，空預器只能依靠人工手動盤動才能再次啟動，空預器往往需要數天才能恢復到正常運行狀態，嚴重影響機組負荷接待[2]。

文中對某廠700 MW機組空預器電機控制回路存在的問題進行了分析，在此基礎上提出了改進的控制方案，并成功完成了控制回路優化和動靜態切換試驗。

1 改造前空預器電機控制方式及存在的問題

某廠1號機組（以下簡稱為1號機組）空預器控制系統2009年12月投運至今已滿10年，采用東鍋自控的控制系統。其主要控制回路如圖1所示，控制原理為：一臺空預器配置兩臺電機，電機變頻啟動，達到轉速后切換至工頻運行，若運行中一臺電機異常跳閘，則聯啟另一臺電機變頻運行，轉速到達后切換至工頻運行。運行中，切換過程中的控制主要由就地控制柜的PLC來實現。

圖1 改造前空預器電機控制回路圖

該控制方式存在的問題有：

1）空預器電機啟動及切換由就地PLC控制，柜內接觸器、繼電器等配合完成啟停及切換，熱備的兩臺PLC時刻不間斷地交換PLC數據，系統運行周期緩慢，長達150多毫秒；而且，PLC控制方式存在著很大安全隱患風險，PLC軟件組態修改繁瑣；歷史數據查詢、報警、打印曲線等功能較弱，不利于事件分析。如19年8月份，該廠發生多次主電機異常事件（歷史趨勢如圖2所示），空預器運行中主電機異常跳閘，另一臺電機聯啟失敗，導致空預器跳閘。現場檢查電源、PLC、各電氣元件、電機均正常，由于無追憶功能，無法判斷事故原因，只能在停機期間對現場控制柜內電氣元件進行更換，但設備隱患一直無法根除。

圖2 改造前空預器電機異常切換

2）空預器主電機工頻運行電氣跳閘后，啟動輔電機變頻運行，此切換過程中，電機被空預器帶著轉動，電動機相當于發電機運行，易產生大電流使變頻器跳閘，導致切換失敗，空預器跳閘。

2 改造方案

改造后的空預器電機控制系統與主機DCS一體化控制，具有數據采集、控制運算、控制輸出、設備和狀態監視、報警、歷史趨勢、事故歷史追憶、日志及報表打印功能，以及具備GPS時鐘功能。針對切換過程中易失敗的問題，將原有工頻切變頻的邏輯改為工頻切工頻，簡化中間切換過程，提高成功率。

2.1 就地空預器電機控制柜配置及內部布置方案

就地控制柜內部接線由原來的柜內PLC控制改為DCS控制，可以對柜內接線進行優化，改造后的柜內接線如下圖3所示。

圖3 改造后空預器電機控制回路圖

2.2 邏輯組態

邏輯組態在原邏輯組態設計基礎上，根據廠家說明書，確定了以下邏輯方案（含操作畫面）。

2.2.1 畫面部分

空預器3014畫面，原空預器主輔電機操作畫面改為如圖4所示，主輔電機各新增變頻操作畫面和工頻操作畫面，在風煙和送引風機畫面刪除了操作界面，留有空預器主輔電機運行狀態和空預器主輔電機電流顯示。

圖4 改造后的空預器電機控制畫面

2.2.2 空預器主電機變頻

以空預器A主電機為例，AB側邏輯設計一致，主輔電機邏輯設計一致，改造后的空預器主電機變頻邏輯圖如圖5所示。

圖5 改造后空預器主電機變頻邏輯

1）啟允許。空預器A主電機變頻未報故障時，空預器A導向軸承溫度和支撐軸承溫度合適（均低于70℃），且空預器輔電機未運行；

2）無聯鎖啟條件，與改造前一致；

3）手動停。與改造前一致，運行人員在操作畫面上可手動停；

4）新增保護停條件：當出現空預器A主電機變頻故障信號時，保護停空預器A主電機。

2.2.3 空預器主電機工頻

如圖6為改造后空預器主電機工頻邏輯，具體如下：

圖6 改造后空預器主電機工頻邏輯

1）啟允許（以下條件滿足，運行人員無法手動啟工頻，只能由聯鎖啟動）。空預器A主電機工頻未報故障時，空預器A導向軸承溫度和支撐軸承溫度合適（均低于70℃）；

2）停允許：空預器A入口煙氣溫度低于200℃；

3）聯鎖啟條件（以下條件任一條滿足即可）；

（1）主電機的變頻切工頻：空預器A主電機變頻已運行時，空預器A主電機變頻轉速到達信號延時5 s聯鎖啟動空預器A主電機工頻；

（2）主輔電機之間工頻切工頻：空預器A主電機投備用時，空預器A輔電機工頻停，無延時，聯鎖啟空預器A主電機工頻；

4）保護停：空預器A主電機工頻故障。

2.3 動靜態試驗

2.3.1 變頻切工頻試驗

在對1號機組空預器電機控制進行改造后，電氣和熱控專業進行了動靜態調試，以主電機為例，多次進行主電機的變頻切換至工頻的操作，如圖7所示，2020年2月11日15：04：28啟空預器A主電機變頻方式運行，15：06：37空預器A變頻轉速到達信號為1，5s后聯啟空預器A主電機工頻，停空預器A主電機變頻。變頻切工頻試驗成功。

圖7 改造后的空預器主電機切換試驗

2.3.2 工頻切工頻試驗

該試驗為主輔電機之間的工頻切工頻。如圖7所示，2020年2月11日15：07：50空預器A主電機工頻方式運行，停空預器A主電機工頻，無延時，聯鎖啟空預器A輔電機工頻；15：08：44，停空預器A輔電機工頻，無延時，聯鎖啟空預器A主電機工頻。試驗證明工頻切工頻邏輯設計的正確性。

3 結語

該項目實施后，1號機組空預器電機控制系統采用Ovation DCS控制方式，并入1號機組DCS控制網絡，實現了空預器電機控制與主機DCS的一體化控制，在1號工程師站組態維護，并在集控室進行集中監控，滿足1號機組連續安全生產的需求，解決PLC產品老化等問題。實現PLC控制系統的數據采集、控制、監控畫面顯示、參數越限報警、事件記錄、趨勢圖等功能。操作畫面、組態方式與主機DCS相一致，減少操作人員和維護人員的工作量。該項目的成功實施，可供同類型機組空預器電機控制和DCS一體化改造參考。