一次风机变频-工频无扰切换改造后问题分析及对策

1 技改背景

某厂1 000 MW机组一次风机的变频运行改造,在降低一次风机厂用电消耗、一次风机噪声,提高一次风自动调节方面效果显著。但变频器在使用过程中设备可靠性不高,发生多次故障,造成一次风机跳闸事故,最严重的造成了机组非停。因此,一次风机变频器自2016年停运,一次风机改为工频运行,造成变频设备闲置。一次风机工频运行噪声大,电耗上升,且多次出现环境温度上升后一次风机振动加剧的现象,机组被迫降出力,停用一次风机检修。为了降低一次风机电耗,重新利用变频设备,减少设备闲置,降低一次风机振动,避免一次风机变频故障跳闸造成的严重后果,提出了一次风机变频—工频无扰切换技术改造,使得一次风机变频故障时,能够快速切至工频运行,并通过相应的逻辑设置减少切换过程中对锅炉系统的影响。

2 设备简介

某厂1 000 MW机组锅炉为SG—3040/27.56—M538型中间一次再热锅炉,单炉膛塔式布置形式、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊构造、露天布置。采用正方形单炉膛四角布置直流燃烧器切圆燃烧方式,制粉采用6套中速磨煤机正压直吹式制粉系统, 配备的一次风机为成都鼓风机厂生产的GU23836—22型轴流风机,采用两级叶片形式,一次风机电机额定功率为3500kW,一次风机变频采用西门子GH180变频器。原有的一次风机开关设备由1个开关QS1和3个刀闸K1、K2和K3组成,通过变频—工频无扰切换改造,变为3个开关QS1、QS2和QS3,如图1所示。在变频器正常运行的情况下,QS1和QS2闭合,QS3断开;在工频运行下,QS1和QS2断开,QS3闭合^[1]。

3 无扰切换改造后存在问题及解决方法

3.1 一次风机失速问题及解决方法

一次风机变频运行后,由于转速发生变化,风机的性能曲线也相应发生变化,会导致两个问题:一是运行中易发生一次风机失速风险,二是增加了运行中并一次风机的难度。

如图2所示,在压头和风量一定的情况下,一次风机转速越低,安全运行余量越小,则越容易失速,在今后的运行维护中需要多加注意,控制好变频转速。

3.1.1并一次风机变频

在之前一次风机变频的一段时间内,有过多次并一次风机的操作,在低转速时并一次风机往往比较困难。经多次实践后总结得出,做好以下准备工作,更容易在并一次风机时将其限制在非失速区域内,从而让并一次风机的过程变得更为顺利。1)尽量提高两台待并一次风机转速,同时关小两台风机中首台运行的一次风机动调;2)打开多台磨煤机通道,尽量增加一次风机通风量;3)在保证磨煤机通风量足够的前提下,降低一次风机出口压力。

3.1.2一次风机变频运行时防失速措施^[2]

为防止一次风机在变频运行中发生失速现象,可以采取以下预防措施:1)机组正常运行时,尽量降低一次风机出口通道阻力,使一次风机远离失速工况点;2)加强各台磨煤机的运行维护,降低磨煤机进出口差压;3)做好预热器运行维护工作,防止预热器由于低温腐蚀等原因发生堵塞现象;4)在机组启动初期或机组带低负荷时,可以适当关小动叶,从而提高一次风机转速,增加安全余量;5)做好一次风机运行维护工作,防止因一次风机本身原因导致不安全情况的发生。

3.2 一次风机变频器电源开关QS1合闸失败问题及解决方法

3.2.1事件经过

某日夜班,机组启动时,锅炉炉膛吹扫结束后,准备变频启动A、B一次风机,在DCS画面合闸一次风机变频器电源开关QS1时出现开关合闸失败问题。

启动A、B一次风机变频前,DCS画面QS1、QS2、 QS3开关及变频器状态正常,各信号显示正常,无异常报警。

现场检查发现变频器电源开关Qs1综保装置有保护动作信号灯,液晶屏显示非电量保护动作;开关柜内保护动作扩展继电器K21动作。在复归Qs1开关综保装置保护动作信号及开关柜内保护动作扩展继电器K21后,启动A、B一次风机变频正常。

3.2.2原因分析及处理

如图3所示,变频器电源开关QS1电气接线回路跳闸有4个触发条件:开关综保装置动作、变频器重故障、事故按钮、MFT。在一次风机变频—工频无扰切换改造前,事故按钮、MFT跳闸条件均如图3所示为直跳方式。而改造后,事故按钮、MFT跳闸条件异动为接入开关综保装置非电量保护接口,已不是原先的直跳方式。

锅炉正常停炉时,解列微油枪,MFT保护动作, MFT跳闸信号送入一次风机变频器电源QS1开关综 保装置非电量保护接口,一次风机跳闸。由图3可知,开关综保装置保护动作后,一是直接切断开关合闸回路,禁止合闸;二是启动开关柜内保护动作扩展继电器K21再次切断开关合闸回路。开关综保装置保护动作信号是自保持方式,即使保护动作信号消失,也需人为进行复位后才能重新开放开关合闸回路;保护动作扩展继电器K21为双位置继电器。因此,在机组启动时,锅炉进行炉膛吹扫后复位MFT已跳闸信号,保护动作条件消失后,需人为手动复归继电器,才能启动一次风机变频。

3.3特殊工况下一次风机无扰切换控制逻辑问题及解决方法

3.3.1正常工况下一次风机无扰切换控制逻辑

在一次《事故通报》学习后,结合现场实际进行隐患排查时发现,设计一次风机启动被动切换程序时的控制逻辑中,当一次风机动叶自动时(以A一次风机为例)增加的逻辑(图4)如下:A一次风机被动切换后,发5 s脉冲,A一次风机动叶开度相对B一次风机关小6%。主要目的:1)防止被动切换过程中A一次风机失速;2)如A一次风机被动切换失败,可避免A一次风机动调关闭时间过长。

在正常工况(两台一次风机同时运行,其中一台故障被动切换)下,A、B一次风机同时运行,都可以进行在线主动/被动切换,当一次风机动叶自动时,该逻辑控制能够达到预期的效果,这在改造后一次风机带载试验过程中得到了证实。

3.3.2 特殊工况下一次风机无扰切换控制逻辑问题

在特殊工况(仅单台一次风机运行中,该风机发生故障被动切换)下,仍以A一次风机为例进行分析。若B段母线失电,B段母线下B一次风机变频跳闸,无法进行工频切换,造成B一次风机停运,动叶关到0%。当A一次风机变频故障跳闸,且被动切换开关投入时,A一次风机进行被动切换。按照设计逻辑:发5 S

脉冲,A一次风机动叶开度相对B一次风机关小6%,会造成A一次风机动叶开度在5 S内关至很低(B一次风机动叶开度0%),对炉膛燃烧控制影响很大,若调整不当,会造成严重后果。

3.3.3 特殊工况下一次风机无扰切换控制逻辑修改

考虑到仅单台一次风机运行时发生被动切换的特殊工况,对控制逻辑进行了相应的修正(图5):A一次风机被动切换后,发5 S脉冲,A一次风机动叶开度相对A一次风机关小6%(即在自身动叶开度的基础上关小6%)。这就解决了特殊工况下A一次风机动叶开度参照B一次风机动叶开度(0%)关至很小位置的问题,且在正常工况下,A一次风机也能达到动叶开度调节效果,并能够减小人为干预的难度。

4 结束语

某厂1 000 MW机组一次风机变频—工频无扰切换改造将近一年,变频运行起到了很好的节能效果,并且减小了风机振动,降低了运行噪声。由于被动切换试验是在制粉系统空载下进行的,正常运行中未发生切换,因此还需在今后的运行中去分析总结,进一步完善解决方案及措施。

[参考文献]

[1]杜志强.一次风机变频装置自动旁路应用分析[J].华电技术,2018,40(9):49—50.

[2]赵恒斌,马剑宇.某1 000MW机组一次风机变频后存在问题及解决方法[J].江苏电机工程,2014,33(1):76—78.

2024年第23期第15篇