风机变频自动切工频的实现与节能分析

1、风机变频自动切工频的实现与节能分析肖美云 牛树森 田雨森 沈赫男 李新建 张志学 （华电潍坊发电有限公司控仪队）摘要：简要叙述了三大风机变频改造在潍坊发电有限公司的实施情况，并针对变频自动切工频和自动调节的实现，通过动态试验进行了分析，从节能、保护电机等各方面分析了采用变频控制的效果，大大降低了厂用电率，取的了较好的经济效益。关键字：变频自动切工频；触发；对应函数；热态试验；节能一、三大风机基本概况华电潍坊发电有限公司期工程装机2×330MW亚临界凝汽式燃煤发电机组，期锅炉由东方锅炉厂设计制造的DG-1025/18.2-4型亚临界、中间再热、自然循环汽包炉。燃烧系统原设计为四角切圆燃

2、烧摆动式燃烧器，尾部烟道设有两台三分仓回转式空气预热器。设备规范如下表：名称项目吸风机送风机一次风机制造厂家上海鼓风机厂上海鼓风机厂山东电力设备厂风机型号14144AE/2045双吸离心式14144AB/1883LY5-60 16.50风量999000m3/h453000 m3/h170000 m3/h风压4520Pa5360Pa9934Pa风机转速747r/min746r/min1485r/min电机型号LYKS2000-8WYKK100-8WY500-4电机功率2000Kw1000kW710kW额定电流242A122A82A电机转速747r/min746r/min1485r/min二、改造

3、的必要性随着电力工业的发展和要求，节约厂用电，节能降耗，越来越多的电厂对重要用电设备的驱动电源进行了技术改造，为了推动节能降耗工作的深入进行，华电潍坊发电有限公司结合自身情况，以挖掘大型电机的节能潜力为突破口，在期机组大修期间进行了六台风机电机的变频改造，这些设备都是长期连续运行并常常处于变负荷运行状态，节能潜力巨大，以达到进一步降低厂用电量、降低发电成本的目的。为了保证风机电机运行可靠性和安全性，避免由于变频器故障而影响电机运行安全可靠性，增加变频切工频功能，正常变频器调速，调节挡板全开，变频器重故障的情况下电机全速运行，调节挡板参与调节。三、三大风机开关量控制1、三大风机变频改造的电气基础

4、单套变频装置带一台电机，如图1所示，其中主开关为原有断路器，QF3为进线断路器，QF4为出线断路器，QF5为旁路断路器。所有开关柜的各项操作满足五防闭锁要求。QF3、QF4和QF5是三台断路器，分别安装在两个断路器柜内。图1 变频器系统系统原理图此种布置满足以下2种运行方式：变频运行方式：即QF3、QF4闭合，QF5断开工频运行方式：即QF5闭合，QF3、QF4断开QF3、QF4与QF5联锁，实现对变频器的逻辑闭锁功能，并在DCS组态和就地变频柜PLC内两种方式能给电源断路器提供实现闭锁的操作功能，实现双重保护。2、风机变频自动切工频功能步序（如图2）2.1 变频切工频触发前提：确保在变频方式

5、下变频器已出力（1）风机变频器投入断电延时2秒，即QF3、QF4闭合，QF5断开；（2）变频器运行取非延时5秒，即变频器停止、变频器运行取非、变频器电流小于5A三选二后取非；（3）风机6KV开关在合位（4）风机变频切工频功能按钮运行已投入2.2变频切工频触发条件：（1）风机变频器故障（2）风机变频器紧急按钮触发2.3变频切工频触发动作：（1）跳变频器进线QF3、出线QF4开关（2）关风机调节挡板至设定位置（3）风机变频器允许旁路后自动合QF5图2 风机变频自动切工频简图2.4变频切工频判断：切换成功：在风机变频切工频功能触发后规定时间内变频器旁路已投入，工频全速运行切换失败：在风机变频切工频功

6、能触发后规定时间内变频器旁路未投入，工频未全速运行2.5变频切工频失败动作：切换失败，联跳6KV开关，如图3所示，机组发生RB;又分别增加（1）在工频方式下QF5跳闸，联跳6KV开关；（2）在变频方式下变频器跳闸且变频切工频功能未投，联跳6KV开关;其它如润滑油压低低、双侧风机运行单吸跳单送保持不变。图3 新增跳6KV开关逻辑3、三大风机触发MFT3.1改造前的三大风机MFT逻辑两台送风机跳闸；两台吸风机跳闸；负荷>30%（蒸汽流量>307吨/小时）且任一给粉机运行时一次风机全停均触发机组MFT动作。其中风机跳闸信号均来自风机6KV主开关。3.2 改造后的三大风机MFT逻辑三大风机

7、已设计变频自动切工频功能，并设计了在未投入该功能时，变频器故障后联跳本风机6KV开关的功能，风机跳闸信号仍来自风机6KV主开关状态。四、三大风机模拟量调节控制1、改造前自动调节系统控制方式原理控制图如图4所示, 采用新华公司的XDPS分散控制系统自行开发的 BALAN2平衡模块调节挡板进行控制.图4 改造前模拟量自动控制原理简图2、改造后自动调节系统控制方式原理控制图如图5所示, 单侧风机工频/单侧风机变频运行工况下，只能投入单侧风机自动，至于选择变频方式还是工频方式，两种方式设计逻辑闭锁。需要运行人员根据运行工况确定。图5 改造后模拟量自动控制原理简图五、三大风机试验5.1热态试验目的#1机

8、组风机变频自动切工频热态试验在#1机组风机变频改造各项冷态试验成功的基础上进行。试验的目的一是检验送引风机及一次风机“变频自动切工频”成功过程中锅炉稳燃能力，重点检验高压变频器实际转速与气动调节执行机构开关较大时的切换扰动对锅炉燃烧的影响；二是检验气动调节执行机构调节速率是否满足稳燃要求；重点关注切换过程中炉膛压力、一次风母管压力和风机电流的的变化规律。5.2引风机“变频自动切工频”热态试验 l 试验前机组运行工况机组负荷：208.61MW运行方式：协调控制方式风机运行情况：A送风机工频运行方式，调节指令：90%；B送风机变频运行方式，调节指令为65.2%，A/B一次风机均为变频运行方式，自动

9、状态，调节指令均为90.94% 。给粉机运行情况： A、B、C、D、E 共5层粉运行油枪状态：AB1/AB4油枪在投。l 试验过程2010年8月23日20:10：30，运行人员画面手动急停1B引风机高压变频器，1B引风机变频器跳闸后自动切工频联锁动作，切换成功画面报警。试验前1A引风机气动执行机构开度指令是90%，1B引风机变频器调节指令为66.80%，实际转速504.57 RPM，根据1B引风机变频器自动切工频函数，1B引风机气动执行机构开度指令由100%滑落至49.35%，动作过程时间：10秒（20:10：3320:10：43）。监盘人员参与操作情况：20:10：36开始减小1A引风机气动

10、执行机构开度指令，20:10：52执行机构指令减到31%，20:11：01开始增指令操作，最后稳定在43%。炉膛压力变化：试验前炉膛压力-12.36 Pa,炉膛压力最低值-664.17 Pa（此时1A引挡板指令61.35%，1B引风机变频指令8.35%，转速65.20 RPM，1B引风机工频电流已经存在）；最高炉膛压力值-185.38 Pa；过程结束时炉膛压力值-213.76 Pa。l 试验分析试验前A侧引风机工频运行方式，调节指令为90%，风机电流 183.43A ；B侧引风机变频运行方式，调节指令为66.8%，工频电流38.40 A ,变频电流112.90 A。试验前A、B侧引风机出力不均

11、，增大了本次试验成功的难度。1B侧引风机气动执行机构切换到位时炉膛压力值：582.70 Pa，执行机构实际动作过程时间：19秒(20:10：3420:10：53) ，1A侧引风机气动执行机构开度指令：90% ，试验结束时开度指令43%；此时炉膛压力值：-213.76 Pa。考虑到冬季引风机实际出力会更小，说明1B引风机变频器自动切工频函数不合适，重新进行了修正。 1B引风机变频器自动切工频过程分析：试验开始时间：20:10：32，此时1B引风机变频器电流 111.86A,风机电流38.48 A；之后，1B引风机变频器电流及风机电流均降为零；20:10：45，风机电流225.76 A；启动电流保

12、持1秒，20:10：51，风机电流基本稳定在161.43 A；工频电机启动成功前炉膛压力值-582.70 Pa，启动成功后 炉膛压力值-664.17 Pa 。1B引风机变频自动切工频过程中各主要参数的变化趋势见图6。试验结论1、风机变频自动切工频逻辑设计正确、动作准确、迅速，风机变频自动切工频节约风机启动时间，避免了机组发生RB，能够满足现场的需要。2、故障变频器匹配的风机挡板气动执行机构强制指令是其变频器调节指令的函数，对应侧正常运行的风机挡板气动执行机构强制指令是机组负荷指令的函数，根据经验设置合适的对应函数是变频切工频成功的关键，现在逻辑里一律强制时间均为2秒，运行人员根据实际情况可适当

13、干预，增加试验的安全性。六、调节品质显著提高在采用工频运行时，引风机调门投入自动，在定值扰动时，设定值改变100Pa，过渡过程时间为 40S，最大动态偏差 40Pa。采用变频控制后，变频器投自动，在定值扰动时，设定值改变 100Pa，过渡过程时间为 30S，最大动态偏差 25Pa，变频器的调节特性远好于挡板的调节特性。七、节能效果华电潍坊发电有限公司期#1、#2机组三大风机采用变频运行，经过50多天的运行观察，机组运行稳定，一次风机由于额定功率相对小，节能效果不是很明显，这也是我们这次改造的教训，利用下次检修机会把变频器利用到排粉机控制中，送引风机变频改造后具体数据见表: #1机组B送风机55

14、%-100%额定转速变频运行负荷（MW)工频电流（A)变频电流（A)减少电流（A)180735320230796118280867115330928210#1机组B引风机55%-100%额定转速变频运行负荷（MW)工频电流（A)变频电流（A)减少电流（A)1801501252523017515421280181170113302202137则改造后节能情况估算：（变频装置输入功率因数按发变组 cos1=0.95 计算） 1）18 万负荷时节约功率：P18=1.732*U*（I1 -I2)*cos1=1.732×6×【(73-53)+ (150-125)】×0.95

15、=448.9（kW） 2）23 万负荷时节约功率：P23=1.732×6×【(79-61)+ (175-154)】×0.95=385（kW） 3）28 万负荷时节约功率：P28=1.732×6×【(86-71)+ (181-170)】×0.95=256.7（kW） 4）33 万负荷时节约功率：P33=1.732×6×【(92-82)+ (220-213)】×0.95=167.8（kW） 5）如机组平均每天按照：18 万运行 4 小时；23 万：8 小时；28 万：8 小时；33 万：4 小时。则一天节电：

16、W1= P18×4P23×8P28×8P33×4448.9×4385×8256.7×8167.8×47600.4（KWH） 如一年按照 300天运行计算：则每年每台机组节约厂用电为：W=W1×300×27600.4×300×24560240(Kwh)。如按 0.40 元/ Kwh 计算，则二台机组每年节约资金：2×0.40 元/ Kwh×4560240Kwh364.8(万元)。 可见节能效果与经济效益十分明显。八结束语华电潍坊发电有限公司通过对变频控制技术和调节系统在三大风机改造应用过程的探讨，充分说明：通过采用变频调速，电动机启动时是软启动，启动电流从零开始上升，最大不超过额定电流，有效避免了