一次风机变频改造设计的问题分析

一次风机变频改造设计的问题分析

节能是国家实施可持续发展战略的重要课题，也是电气行业永恒主题。在能源生产系统中，不同的设备需要根据最大生产能力进行配置，而不是根据平均能源消耗。一般来说，工厂的主机和辅助设备在设计过程中也考虑了一定的冗余，因此实际上是需要调整许多风扇和泵的流量。因此，在实际运行过程中，必须调整大多数风扇和泵的流量。通过调整隔离开口，控制频率低、能源消耗大的后向方法，设备损坏快、维护困难、运营成本高。相当多的功率消耗在租户的高压下，导致能源浪费。而高压变频因其调节性能优良、节能效果好等因素,正逐渐被广泛应用在电厂中风机、水泵等的流量调节中。1次风压波动大,一设备多目前,多家电厂在已建机组和新建机组离心式一次风机上应用变频调速器。风机变速调节后,风机耗功降低、运行效率提高、厂用电率降低,节能效果显著,但有些改造项目出现新的问题:变频切换过程中一次风压发生大幅度的波动,威胁机组安全;变频切工频过程中变频调节和挡板调节的切换问题;一次风机电机前侧轴承过热、损坏;一次风机RB时造成变频器过负荷保护动作继而导致机组MFT动作,严重影响了风机及锅炉的安全、经济运行。为此在一次风机变频改造设计时,必须充分考虑变频切工频、一次风机RB及MFT等一系列问题。1.1存在一定的扰动在变频器切工频后,因为切工频的风机出力突然增加,会造成一次风压突然增大,引起风压波动,同时还会使进入炉膛的燃料量就会有一个比较大的扰动,有可能造成机组过热器超温、超压,甚至由于风压增大导致送入炉膛的燃料增加,破坏风煤比的配置,造成燃烧不完全而威胁机组安全。切换过程中,存在着变频器调节和挡板调节的配合问题,以及变频器和挡板的动作特性差异,变频器在调节速度上没有挡板快,在快速动作中容易造成变频器过流跳闸,从而威胁机组的安全,这一点要充分考虑。1.2交流切换失败情况下正常触发rb变频器在故障情况下将自动切为工频运行,RB逻辑设计时需要考虑几种情况:在变频切工频成功情况下,不能因为切换过程中变频信号消失、工频信号未回误发RB;在切换失败情况下,能够正常触发RB;另外,在风机运行过程中一次风机其他保护动作跳闸一次风机时,必须马上触发RB,而不能有延时。1.3kv工频开关外来电路开关运行时动态控制电机变频改造后,增加了变频器输入输出开关和旁路开关,判断风机不运行时除了6kV工频开关外,还需要判断变频器和旁路开关的状态,以防止工频开关在合闸位而变频器不运行或者旁路开关没有合闸,导致风机实际没有运行。逻辑设计中,还要充分考虑变频切工频过程中状态信号的延时时间,不能因为延时设计错误而导致信号误发。1.4交流风机倒风带载关闭在许多电厂中,一次风机的入口导叶和出口门设计为电动门,挡板关闭时间过长,为了防止一台风机跳闸后运行风机倒风,加大变频器的负载,保证一次风压在MFT动作值之上,需要将出口门快速关闭,变频切工频时一次风机电机在进、出口门有较大开度情况下带载启动不允许。因此,在事故工况下,变频切工频要等入口门全关,需要较长时间,无法保证一次风压在MFT动作定值之上,无法确保锅炉的安全运行。1.5投油助燃有利于防止炉硫燃烧变频切工频时,主要对一次风压扰动较大,进而对进入炉膛的燃料量有较大的扰动,影响锅炉燃烧稳定,此时投油助燃能有效防止炉膛燃烧的恶化,有利于机组的稳定。2气动门的设计思想某厂在变频改造中设计了旁路开关,当变频器本身故障时,可自动切换到旁路运行,当切换旁路不成功时,跳闸工频开关,并且为了防止一次风机跳闸后一次风从跳闸的风机中倒风,保证一次风压稳定,将一次风机出口门由原来的电动门改为能快速关闭的气动门,这样可以有效避免一次风压降低,保证机组继续安全运行。这种设计对机组安全非常有利,但在设计时会面临一些问题:一是逻辑设计复杂,二是工况复杂。为了解决上面的问题,我们定了如下的原则:电机电源回路的判断和切换都由PLC完成,DCS只控制风压和判断电机相关开关的状态,进行RB和MFT逻辑的判断,同时变频切工频时要投油。这样设计的好处在于:电气PLC完成开关的自动切换可以有效简化DCS的控制逻辑,同时由于没有与DCS的通讯,可以使切换更安全、迅速。风压控制由DCS完成,是由于切换过程中不仅要协调两台变频器的出力,同时还要配合一次风机入口挡板开度的调整,切换过程动作的设备较多,由DCS完成功能实现起来比较容易。投油是为了防止一次风压波动造成炉膛燃烧不稳,提高炉膛的抗干扰能力。3交流交流风压机控制方案设计2007年,某厂对1号机组进行了一次风机的变频改造,在设计控制策略的过程中,主要考虑了上述几点问题,采取了完全不同的控制方式。变频切工频,要根据切换成功和不成功两种情况考虑控制策略,试验及实践证明,该控制方案能满足风机变频切工频成功和不成功时的控制需求。以下描述以A风机为例。3.1入口区域控制投油动作(1)变切工成功时,一次风压变化为先降后升,然后再是振荡调整的过程。变频器跳闸后,一次风压马上有一定幅度的下降,故障风机变频信号消失,A一次风机变频器跳闸后,PLC联跳变频器进口、出口开关,确认变频器进口、出口开关断开后合工频旁路开关;DCS收到这些信号的状态反馈后发一脉冲超驰关A一次风机入口导叶至40%,该脉冲时间的设定要根据现场入口挡板执行器动作时间设定,既能确保满足挡板从100%关至40%的时间,又能及时释放控制权,使运行能及时干预风机的控制。(2)变频切工频成功时,负荷高于最小投油稳燃负荷且无MFT且B层有火时允许投B层小油枪;负荷高于最小投油稳燃负荷且无MFT且A层或B层有火时允许投AB层大油枪。投油枪的顺序为先投B层四只小油枪,延时后投AB层#1、#3角油枪,再延时后投AB层#2、#4角;此时投油枪的触发与CRT遥控投油操作相同,投油动作结果与正常投油操作结果一样。(3)合A工频旁路开关反馈到来后,A工频基本上还是在全速运行,A一次风机入口导叶仍在超驰关至40%过程中,当达到40%之后处于手动;B变频器自动调节一次风压,此时A一次风机的变频调节指令还必须保持,不能降为零,因为在大多控制策略中,对并列调节的对象为了满足调节的平衡,在算法块中都设置了平衡调节特性,自动平衡两侧控制指令,此时如果将A风机的指令降为零,会使B变频器指令全速增加一倍,在A变频器旁路开关反馈到后,会使一次风压升高很多,很有可能导致设定值与实际值的偏差大于定值,致使一次风压调节切为手动,不利于之后的风压控制。3.2工频开关浮叶保护A工频旁路开关合闸反馈经延时判断还没有到来,或者A工频运行中工频旁路开关跳闸时,PLC联跳6kV工频开关。DCS接收到6kV工频开关分闸反馈后:超驰关A一次风机入口导叶,延时后超驰关A一次风机出口气动门。当其它RB条件同时满足时,RB发生。A变频指令进行50s的超驰关闭,50s后释放控制权,50s的关闭指令通过平衡算法叠加到B变频器转速指令中。3.3a工频开关非合位一次风机变频改造后MFT的触发条件由工频开关非合位反馈改为以下几点。(1)A工频开关非合位。(2)A工频旁路开关非合位和变频器不运行延时相与。上述二者相或后输出用于A一次风机跳闸MFT的触发条件。此条件中的延时时间要经过变频切工频试验来确定,在满足变频器切换时间的前提下,考虑DCS扫描时间确定。4次风母管控制结果2007年11月25号,1号机组在290MW负荷下进行了一次风机变频切工频试验,将A一次风机变频器打闸,变频器旁路开关自动合闸,A一次风机自动切换为工频运行,在A一次风机变频器切工频前,一次风母管压力定值4.45kPa,两台一次风机均变频自动运行。变频器打闸后,A一次风机入口挡板由100%开度关至40%,延时后,A一次风机变频器旁路开关合闸成功,变频切换为工频运行,同时B一次风机变频器根据风压和设定值的偏差自动调节。B层小油枪和AB层大油枪按程序设定自动投入稳燃。在整个过程中,B一次风机变频器转速指令最高至1068转,实际转速最高到1013转,一次风压最低降至4.02kPa(一次风与炉膛差压低保护定值为2.5kPa),最高升至5.30kPa,最大动态偏差为0.85kPa,在允许范围内,风压波动较小。5机组运行安全一次风机变频改造结束后,通过