660MW火电机组引风机变频改造

常晓杰

华能威海电厂

关键词：变频器、炉膛负压控制、锅炉引风机

摘 要：火电机组的锅炉引风机是重要的辅机设备，因其输送的是含尘且温度高的烟气，风量大、风压高、耗电量巨大，其运行的可靠性，经济性将直接影响到电厂的经济性。电厂的引风机一般采用静叶可调轴流风机。炉膛负压控制方式是由电动控制风机静叶开度，即改变风阻调节引风量达到调整燃烧的效果。在实际应用中，引风挡板的开口度一般在 70% ~ 80% ，相当一部分电能消耗在引风挡板的阻力降上，造成电能的浪费。另外挡板的机械联接结构在挡板的调节过程中存在滞后，调节性能不太好。若负压过大，还会造成炉内燃料的浪费，负压过小，又会影响燃料的充分燃烧，进而影响到锅炉蒸汽的质量。

华能威海电厂三期660MW机组锅炉引风机变频改造

一、简述

随着我国经济形势的飞速发展，用电量的增长所带来的废气排放的增加，人们的居住环境日趋恶化,还包括来自别的发电企业的竞争。如何降低生产中成本、节能减排,成为一个发电企业兴衰存亡的关键。其中,厂用电是所有发电企业必须要计入生产成本的重要支出项目。所以正确、合理地降低厂用电量就成为了发电企业迫在眉睫的首要工作。锅炉引风机的电机功率大，在工频运行方式下，所消耗的厂用电量巨大。而在变频运行方式下，则电机的电量消耗能大为降低。为此，急需对引风机电机进行变频改造工作。

本文针对华能威海电厂三期的锅炉引风机的变频改造工作过程进行了较为全面的分析，总结了改造过程中的技术难题和处理方法以及如何发挥Ovation控制系统的功能来设计制作出友好的操作界面和高效率的控制逻辑。

二、技术要求

(一). 系统单线图

系统配置：

QF6KV输入开关603，机械保持结构。

QF1变频器输入开关603J，机械保持结构，具备防跳功能。

QF2工频旁路开关603P，机械保持结构，禁止带任何综保措施。

QF3变频器输出开关603C，机械保持结构，具备防跳功能。

A. 旁路系统的硬线闭锁关系

603P与603C之间互相直接硬线闭锁，任何时候不能同时合闸603C和603P。

变频器合闸允许信号串入变频器电源开关603J合闸回路。

变频器跳闸信号启动变频器电源开关603J、603C分闸回路。

变频器运行时，603C不能分闸，变频器运行信号与603C直接硬线闭锁。变频器停止并延时时间到之前，禁止603C分闸，旁路柜内部做闭锁。

B.自动旁路系统断路器二次控制回路配置

603J，603P，603C断路器的合闸二次回路和分闸二次回路必须分开设计，合闸和分闸保持必须为机械保持结构，禁止使用电保持结构。

603J，603P，603C断路器合、分闸状态都必须送出到DCS系统，实现各个断路器之间软件闭锁和合、分闸状态监控。为了防止断路器的位置信号断线或短路造成DCS的错误判断，以及造成错误的逻辑闭锁，要对每个开关的合、分位置进行逻辑判断，必须互为反逻辑。如果位置信号两个全部接通，说明常开点短路。如果两个位置信号全部开路，说明常闭点断线。控制系统必须报警，禁止任何开关的自动操作，防止逻辑错误造成事故。

用中间继电器常闭点对603C开关柜二次回路控制电源进行失电监控，一旦失电，给DCS、PLC发报警信号，禁止任何旁路系统开关的操作。

(二). 控制逻辑

A.旁路系统断路器之间的DCS软件闭锁

603C与603P之间软件上互相闭锁。

603J合闸后延时数秒(由试验决定)，等预充电完成后，电容电压建立起来后，合闸变频器输出开关603C。防止电机剩磁电压对变频器反送电。

603J和603C合闸后，变频器发出准备信号后，DCS才能启动变频器。

DCS收到变频器停止信号或故障信号或603J分闸信号后，延时数秒(由试验决定)，分闸603C。

变频器运行时，不能发出分闸603C命令。

电机接地，过流故障禁止自动切换到工频。

B.自动旁路系统断路器各种工况操作逻辑顺序

1，变频运行操作

确认603J，603P，603C在工作位置，分闸状态。

DCS确认603J，603C，603P在分闸状态。

合闸变频器电源开关603J。

DCS收到603J合闸信号后，延时数秒(由试验决定)后，可以手动合闸变频器输出603C开关。

DCS收到603J，603C合闸信号和变频器准备信号，发启动变频器运行信号，电机开始运行。

2. 变频器故障跳闸后自动切换到工频旁路运行，保证系统不停机。

变频器如果报过流故障或者接地故障时，判断电机或电缆发生故障，直接跳开603,触发RB。防止电机故障扩大化。

初始状态，变频运行电机。

变频器故障后，直接跳输入断路器603J，发故障信号给DCS。

允许自动旁路时，DCS发指令关闭风门，并随时监视风门的位置反馈信号，防止自动旁路后转速突变时对系统产生扰动。系统此时需要减载，或者同时将另一台风机的转速提高，维持负载，减少扰动。

DCS确认工频旁路开关603P在分闸位置。

DCS收到变频器停止信号后，延时数秒(由试验决定)，然后断开603C。

DCS确认603J、603C断开后，以及延时时间到后，再次确认风门的位置，在风门位置为允许值时，合603P，实现工频旁路运行。

DCS调整风门开度到所需要的位置，实现正常的运行。另一台风机变频器将转速降低到正常的位置，使两台风机的风量均衡，防止抢风。

3.正常工频运行切换到变频运行(比如变频器检修完毕需要恢复变频运行时)。

初始状态，工频运行电机。

DCS确认能够进行工频向变频的切换，发指令关闭风门，防止断电后转速下降时对系统产生扰动。系统减载。

DCS确认工频旁路开关603P在合闸位置。

合闸变频器电源开关603J,变频器预充电。收到变频器就绪信号后，停止603P，DCS收到603P停止信号后，

DCS收到603P分闸状态信号后，延时时间数秒(由试验决定)，防止电机剩磁电压的冲击，合闸变频器输出开关603C。

DCS收到603J，603C合闸状态信号，以及变频器发出的准备好信号后，发启动指令，变频启动，利用飞车启动功能捕捉电机转速并确认启动成功。

DCS发指令逐渐打开风门，进入正常运行状态。

上述操作必须手动进行，每进行一步，需要进行确认。防止发生事故并避免扰动。

4. 正常变频运行切换到工频运行(比如变频器需要停机检修时)。

正常情况下，变频运行电机。

DCS发指令关闭风门，防止切换时对系统产生扰动。系统减载，风门关闭，降低输出转速。

DCS确认工频旁路开关603P在分闸位置。

停止变频器，DCS收到停止信号后，分闸变频器电源开关603J。

DCS收到603J分闸状态信号后，延时数秒(由试验决定)，使剩磁电压衰减完毕，分闸变频器输出开关603C。

DCS收到603J，603C分闸状态信号，合闸旁路开关603P，启动电机工频运行。

DCS发指令逐渐打开风门，进入正常运行状态。

上述操作必须手动进行，每进行一步，需要进行确认。防止发生事故并避免扰动。

5.运行中603P, 603C偷跳时，跳603触发RB

变频运行时，如果603C偷跳，并且切工频运行失败;或者工频运行时，如果603P偷跳，则直接跳603，触发RB。并进行详细的检查，禁止任何设备送高压电运行。

三、实现方法及逻辑说明

(一)、引风机变频器改造软件修改情况：

(1)测点增加部分：

类型点名KKS编码信号通道地址

DO远方启动#5A引风机变频器50HNC10AN014XT01EXT10-1 C3 1.7.3.1

DO远方停止#5A引风机变频器50HNC10AN014XT02EXT10-1 C3 1.7.3.2

DO#5A引变频远方启动5A603J50HNC10AN011XT01EXT10-1 C3 1.7.3.3

DO#5A引变频远方停止5A603J50HNC10AN011XT02EXT10-1 C3 1.7.3.4

DO#5A引变频远方启动5A603P50HNC10AN012XT01EXT10-1 C3 1.7.3.5

DO#5A引变频远方停止5A603P50HNC10AN012XT02EXT10-1 C3 1.7.3.6

DO#5A引变频远方启动5A603C50HNC10AN013XT01EXT10-1 C3 1.7.3.7

DO#5A引变频远方停止5A603J50HNC10AN013XT02EXT10-1 C3 1.7.3.8

DI#5A引变频5A603J合闸状态50HNC10AN011XG01CTRL10 C8 1.3.8.1

DI#5A引变频5A603J分闸状态50HNC10AN011XG02CTRL10 C8 1.3.8.2

DI#5A引变频5A603J远方位置50HNC10AN011XG05CTRL10 C8 1.3.8.3

DI#5A引变频5A603J控制电源消失50HNC10AN011XW01CTRL10 C8 1.3.8.4

DI#5A引变频5A603P合闸状态50HNC10AN012XG01CTRL10 C8 1.3.8.5

DI#5A引变频5A603P分闸状态50HNC10AN012XG02CTRL10 C8 1.3.8.6

DI#5A引变频5A603P远方位置50HNC10AN012XG05CTRL10 C8 1.3.8.7

DI#5A引变频5A603P控制电源消失50HNC10AN012XW01CTRL10 C8 1.3.8.8

DI#5A引变频5A603C合闸状态50HNC10AN013XG01CTRL10 C8 1.3.8.9

DI#5A引变频5A603C分闸状态50HNC10AN013XG02CTRL10 C8 1.3.8.10

DI#5A引变频5A603C远方位置50HNC10AN013XG05CTRL10 C8 1.3.8.11

DI#5A引变频5A603C控制电源消失50HNC10AN013XW01CTRL10 C8 1.3.8.12

AO#5A引风机频率给定50HNC10AN014XC01CTRL8 A7 1.1.7.1

AI#5A引风机变频器运行转速50HNC10AN014XQ01CTRL8 A8 1.1.8.1

AI#5A引风机变频器电流50HNC10AN014CE01CTRL8 A8 1.1.8.2

DI#5A引风机变频器运行50HNC10AN014XG01CTRL10 C8 1.3.8.13

DI#5A引风机变频器停止50HNC10AN014XG02CTRL10 C8 1.3.8.14

DI#5A引风机变频器准备完毕50HNC10AN014XG03CTRL10 C8 1.3.8.15

DI#5A引风机变频器重故障50HNC10AN014XW02CTRL10 C8 1.3.8.16

DI#5A引风机变频器轻故障50HNC10AN014XW01CTRL10 C6 1.3.6.15

DI#5A引风机变频器远方位置50HNC10AN014XG05CTRL10 C6 1.3.6.16

AI#5A引变频小室温度50HNC10AN014CT01CTRL10 B3 1.2.3.7

DO远方启动#5B引风机变频器50HNC20AN014XT01EXT11-1 C3 1.7.3.1

DO远方停止#5B引风机变频器50HNC20AN014XT02EXT11-1 C3 1.7.3.2

DO#5B引变频远方启动5B603J50HNC20AN011XT01EXT11-1 C3 1.7.3.3

DO#5B引变频远方停止5B603J50HNC20AN011XT02EXT11-1 C3 1.7.3.4

DO#5B引变频远方启动5B603P50HNC20AN012XT01EXT11-1 C3 1.7.3.5

DO#5B引变频远方停止5B603P50HNC20AN012XT02EXT11-1 C3 1.7.3.6

DO#5B引变频远方启动5B603C50HNC20AN013XT01EXT11-1 C3 1.7.3.7

DO#5B引变频远方停止5B603C50HNC20AN013XT02EXT11-1 C3 1.7.3.8

DI#5B引变频5B603J合闸状态50HNC20AN011XG01CTRL11 C8 1.3.8.1

DI#5B引变频5B603J分闸状态50HNC20AN011XG02CTRL11 C8 1.3.8.2

DI#5B引变频5B603J远方位置50HNC20AN011XG05CTRL11 C8 1.3.8.3

DI#5B引变频5B603J控制电源消失50HNC20AN011XW01CTRL11 C8 1.3.8.4

DI#5B引变频5B603P合闸状态50HNC20AN012XG01CTRL11 C8 1.3.8.5

DI#5B引变频5B603P分闸状态50HNC20AN012XG02CTRL11 C8 1.3.8.6

DI#5B引变频5B603P远方位置50HNC20AN012XG05CTRL11 C8 1.3.8.7

DI#5B引变频5B603P控制电源消失50HNC20AN012XW01CTRL11 C8 1.3.8.8

DI#5B引变频5B603C合闸状态50HNC20AN013XG01CTRL11 C8 1.3.8.9

DI#5B引变频5B603C分闸状态50HNC20AN013XG02CTRL11 C8 1.3.8.10

DI#5B引变频5B603C远方位置50HNC20AN013XG05CTRL11 C8 1.3.8.11

DI#5B引变频5B603C控制电源消失50HNC20AN013XW01CTRL11 C8 1.3.8.12

AO#5B引风机频率给定50HNC20AN014XC01CTRL8 B2 1.2.2.1

AI#5B引风机变频器运行转速50HNC20AN014XQ01CTRL8 B1 1.2.1.1

AI#5B引风机变频器电流50HNC20AN014CE01CTRL8 B1 1.2.1.2

DI#5B引风机变频器运行50HNC20AN014XG01CTRL11 C8 1.3.8.13

DI#5B引风机变频器停止50HNC20AN014XG02CTRL11 C8 1.3.8.14

DI#5B引风机变频器准备完毕50HNC20AN014XG03CTRL11 C8 1.3.8.15

DI#5B引风机变频器重故障50HNC20AN014XW02CTRL11 C8 1.3.8.16

DI#5B引风机变频器轻故障50HNC20AN014XW01CTRL11 C6 1.3.6.15

DI#5B引风机变频器远方位置50HNC20AN014XG05CTRL11 C6 1.3.6.16

AI#5B引变频小室温度50HNC20AN014CT01CTRL11 B3 1.2.3.7

(2)画面修改部分：

在“送引风系统”和“风烟系统”画面增加引风机变频控制窗口按钮、变频器状态、变频电流、风机转速显示，如图一、图二。按下“变频器”按钮，弹出“引风机变频控制”窗口，图三。在“引风机工频”栏内有“工频启”、“工频停”选择按钮和工频电流显示;在“引风机变频”栏内有“变频方式启”、“变频器程停”、“正常变切工”、“正常工切变”按钮，在按下以上四个按钮分别弹出相应控制窗口，显示进行的步序及条件，如图四、图五、图六、图七。利用Ovation强大的画图功能，把画面做得非常直观，方便运行人员的监视和操作。顺控画面里为了直观反映顺控逻辑的实时运行步骤和状态，把逻辑需要经过的每一步都做了画面显示，运行人员可以方便的看到逻辑的执行情况。顺控逻辑也采用了Ovation专门提供的顺控逻辑块，作出的各个逻辑整齐画一，便于检修人员的消缺和查看逻辑的执行情况。

图一

图二

图三

图四 图五

图六 图七

(3)控制逻辑修改部分：

3.1、报警逻辑：

在锅炉报警窗口BALM35、BALM36 A引风机异常和B引风机异常条件中增加引风机变频轻故障和重故障报警及变频小室温度大于40°报警。

增加独立的“A引风机变频器重故障”和“B引风机变频器重故障”报警。

在电气报警窗口增加“A引变频室直流电源消失”和“B引变频室直流电源消失”报警块，当5A603J、5A603P、5A603C和5B603J、5B603P、5B603C开关控制电源任一消失时报警。

3.2、控制逻辑：

5A603J：

合闸条件：变频器远方状态且高压开关已合闸且变频器无重故障且5A603C

在分闸位。

分闸条件：变频器停止。

5A603C：

合闸条件：变频器准备完毕且变频器远方状态且高压开关已合闸且变频器

无重故障且5A603P在分闸位。

分闸条件：变频器停止延时5s 。

保护分闸条件： 5A603J分闸(延时10s)

5A603P：

合闸条件： 5A603C在分闸位。

5A603：

合闸条件：增加5A603J、5A603P、5A603C均在分闸位。

保护分闸条件：增加5A603J、5A603P、5A603C在分闸位、且电机电流<60A，延时4秒(3s脉冲)

变频器：

启动条件：变频器远方且无重故障且5A603、5A603J、5A603C均在合闸位且5A603P在分闸位且变频器准备就绪

RB后静叶、转速指令动作情况

RB发生后只判断运行侧的引风机的工作状态，如果处于工频运行，则联开静叶挡板至90%，如果处于变频工作状态，则增加变频器转速指令至90%。同时软手操切跟踪，30秒后运行人员可以根据需要手动干预。

自动控制回路中增加的逻辑

(a) 增加一套炉膛压力自动调节组态，如下图。其设定值与静叶挡板用自动调节回路共用。当有任一变频器运行时则静叶自动切为手动。

(b) 重故障发生时切除故障侧转速调节自动，同时联关故障侧静叶挡板至指定开度，逻辑如下面两图。考虑到重故障发生时的转速指令并非稳定工况下的转速指令，所以此处增加30秒延时，即转速指令的取值约为重故障发生前30秒的指令值(此函数需要运行试验后进行进一步修改)：

转速指令40556570758085100

静叶指令2035455254606580

3.3、操作逻辑：(以A引风机为例)

(a)变频器正常启动操作：

点开引风机6KV开关5A603操作面板，点击启动按钮，6KV开关5A603合闸;

此时“A引风机允许启动变频模式”条件满足(变频器远方状态且高压开关5A603已合闸且变频器无重故障且5A603C在分闸位)

点击“变频方式启”按钮，弹出如图四控制窗口，点击启动按钮，则合闸5A603J开关，5A603J在合闸位3秒后合闸5A603C开关。

此时“A引风机变频器允许启动”条件满足，点开变频器启停操作面板，点击启动按钮，变频器启动。

“A引风机变频方式运行”点亮。

(b)变频器正常停止操作：

当引风机在变频方式运行时，按下“变频器程停”按钮，弹出如图五控制窗口，点击启动按钮，则启动正常停止程序;第一步直接发“远方停止变频器”信号;当变频器停止后发第二步指令分闸5A603J;当5A603J在分闸位且变频器停止延时5s则触发第三步分闸5A603C指令。

(c) 工频正常启动操作：

点开引风机6KV5A603操作面板，点击启动按钮，6KV开关5A603合闸;

检查变频器状态栏内“A引风机允许工频启动”满足;

点击“工频启”按钮，再点“确定”按钮，则合闸5A603P，引风机工频运行。

“A引风机工频方式运行”点亮。

(d) 工频正常停止操作：

点击“工频停”按钮，再点“确定”按钮，则同时断开5A603P和5A603，引风机停止运行。

(e) 正常变频切工频：

运行人员操作解除炉膛压力自动，调整要切换的变频器转速增加至工频转速，同时调整引风机静叶挡板关至合适位置，保持炉膛压力稳定;

点击“正常变切工”按钮，弹出如图六窗口;点击窗口内的启动按钮，DCS自动执行停止变频器运行，分闸5A603J开关，分闸5A603C开关，最后合闸5A603P开关。

“A引风机工频方式运行”点亮;“A引风机变频方式运行”变成灰色。

(f) 正常工频切变频：

运行人员解除炉膛压力自动，调整要切换的变频器转速给定增加至工频转速(转速指令大于98);

检查变频器无重故障报警，点击“正常工切变”按钮，弹出如图七窗口;点击窗口内的启动按钮，DCS自动执行5A603J 合闸，电气变频器准备就绪信号发出后，5A603P自动分闸;5A603P分闸后延时2s ，5A603C自动合闸;变频器启动运行。

“A引风机工频方式运行”变成灰色;“A引风机变频方式运行”点亮。

如果工切变不成功则逻辑自动切回至工频运行。

(g)变频器重故障自动切工频：

当变频器发重故障信号，变频器及5A603J开关自动跳闸(由电气内部完成)，变频器停止后延时5S，DCS发出5A603C分闸指令;5A603C分闸后，DCS发3s合闸5A603P指令。同时联关对应侧静叶至指定位置(根据重故障前变频器转速指令给出)。

四、总结

对锅炉引风机采用变频调速方式改造后，使厂用电量明显下降，炉膛负压调节的灵敏性也大有提高。具有节能降耗，调节特性好，能更好地满足生产要求。并且，对锅炉引风机电机采用变频调速，对原有设备无需改动，只对现场控制回路做些改造，投资较小，投资回报快，还可以延长电动机寿命，减少事故地发生率。具有很高的推广价值。

参考文献

Ovation算法手册，200605版,艾默生工程有限公司，2006年5月出版