火电厂电机变频装置旁路方式的选择

张小兵

(广东梅县发电厂，广东 梅州 514789)

1 问题的提出

随着节能减排工作重要性的不断凸显，变频调速技术正在被广泛地运用于各个行业，火力发电厂对这项技术的运用也逐渐普及，取得的节能效益十分可观。

为了保证设备运行的可靠性，凡是进行电机变频改造的发电厂，都会在每台变频器之外加设1套旁路装置，以保证变频器故障时有关设备能够以工频方式继续运行;为保证设备持续可靠地运行，几乎所有变频器供应商都推荐电厂采用自动切换的旁路方式。为此，笔者试图通过对比分析等方式，探讨自动旁路和手动旁路这2种方式对调速设备实际运用的影响。

2 2种旁路方式的动作过程

2.1 手动旁路方式的动作过程

如图1所示，当电机的变频器严重故障时，元件动作和人工操作过程为:

(1)变频器自动封锁输出;

(2)延时5 s后保护启动跳开电机电源开关D1;

(3)值班人员现场手动拉开与变频器串联的隔离刀闸K1和K2，再合上旁路隔离刀闸K3;

(4)值班人员重新合上D1断路器，电机转为工频状态重新启动运行。

从电机断电到重启工频运行，一般需要30 min。

2.2 自动旁路方式的动作过程

如图2所示，当电机的变频器出现严重故障无法继续运行时，有关元件的动作过程为:

(1)变频器自动封锁输出;

(2)延时5 s后保护启动跳开电机电源开关D2;

(3)自动旁路装置启动跳开真空开关 Z1，Z2后，合上Z3;

(4)电源开关D2自动合闸，电机转为工频状态重新启动运行。

从电机断电到重启工频运行，间隔时间不超过10 s。

3 电机变频器旁路切换方式对运行工况的影响

3.1 水泵电机变频器旁路切换对运行工况的影响

在火电厂中，水泵都是按一用一备且自动联锁方式设置的，因此，当运行水泵的变频装置出现故障时，有关设备的动作和操作过程为:

(1)变频器故障断开运行水泵电源开关;

(2)事故联锁装置启动备用水泵运行;

(3)将停运水泵电机的变频器切换为旁路工频方式，再将该电机投入联锁备用状态。

从以上分析可以看出，水泵电机变频器的旁路切换方式对于保证水泵系统的安全和经济运行没有直接影响。

3.2 风机电机变频器旁路切换方式对运行工况的影响

3.2.1 火电厂风机的运行特性

火电厂的风机(如引风机、送风机、排粉风机等)，一般是按照双套同时运行，允许单套在一定条件下短时停运设置的，其中“一定条件”是指单套风机运行时整个系统的出力要低于额定值。

为了便于说明问题，这里把引风机作为具体的分析对象，下面以广东梅县发电厂为例，进行系统分析。

广东梅县发电厂拥有6台燃煤发电机组，分别为50MW×2+125MW×2+135MW×2。笔者对这6台机组锅炉引风机的运行参数进行了统计，得出引风机运行方式对机组负荷影响情况的统计结果，见表1。

表1 引风机运行方式对机组负荷的影响

从表1可以看出，单台引风机能够满足机组带70%的额定负荷运行，也就是说，双引风机的设计冗余量是很大的。在没有变频调速技术之前，引风机普遍通过调整进口风门开度来调节风量的大小。

3.2.2 风机变频器故障切换旁路时对运行工况的影响

按照前面的介绍，引风机变频器故障无法继续运行时，自动和手动2种旁路切换过程使锅炉运行工况产生的变化分别为:

(1)对于自动旁路方式的电机而言，会在10 s内由原来的变频运行转为工频运行，这时，风机转速自然地由原来的某一稳定低速陡增为全速，炉膛负压快速增加。为了稳定炉膛压力，必须迅速关小引风机进口风门，如果这种调整速度跟不上炉膛负压的增速，将引发炉膛负压过高的灭火保护启动而停炉。

(2)对于手动旁路方式的电机而言，随着故障变频器牵引的引风机停止运行，引风机由双台运行突然转换为单台运行，按照锅炉设备的自动保护联锁原则，单台引风机事故跳闸后，联锁跳开对应的单台送风机，停运一套制粉系统和一层给粉机。由于炉膛通风量和给粉量减少了，锅炉的输出热量和机组出力也按一定比例同步减少。

待值班人员手动将停运引风机转为工频的旁路状态后，重新启动这台引风机和其余跳闸设备运行，机组出力恢复。欠负荷状态的持续时间视人工操作速度而定，一般不超过40 min。

如果事发时机组出力不高于额定值的70%，增加单台运行引风机、送风机的转速，可以维持机组出力不变，但调整过程会有一个出力波动过程，波动时间与引、送风机的变频调速反应速率有关，一般不超过5 min。

4 结论

(1)对于风机电机变频器而言，自动旁路方式的优点是能够保证机组出力不受变频器故障的影响，缺点是自动旁路切换过程容易引发炉膛压力大幅波动甚至停炉。手动旁路方式的特点则正好相反，对机组出力会有短时限制，但对炉膛压力的稳定却影响甚少。也就是说，风机变频器采用手动旁路方式的安全性优于自动旁路方式。

(2)对于水泵变频器而言，自动旁路方式完全没有意义，手动旁路方式也只有当变频器长时间故障时才起作用。

目前，火电厂电机变频调速改造已日趋盛行，希望本文能够对此类改造在具体方案的选择上提供一些参考。

［1］李明，黄丕维，朱光明，等.火电厂泵与风机变频改造技术及应用［J］.华电技术，2008，30(8):55－57.