600 MW机组引风机变频控制的设计与实现

张兴，陈胜利，牛百芳，徐玉明

（1.安徽省电力科学研究院，合肥230061；2.安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州234101）

600 MW机组引风机变频控制的设计与实现

张兴1，陈胜利1，牛百芳2，徐玉明2

（1.安徽省电力科学研究院，合肥230061；2.安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州234101）

针对引风机变频改造方案，提出了变频改造相应的热工DCS控制策略。该策略实施后，实现了自动方式下引风机工频/变频2种方式等出力、小扰动的相互切换，取得了较好的控制效果，为引风机的稳定运行和各工况成功切换提供了有力保证。实际运行表明，该改造方案节能效果明显。

引风机；变频改造；控制策略；自动切换

0 引言

随着节能减排工作的逐步深入，建设节约环保型企业正日益成为火力发电厂的工作重点。在发电厂的节能减排项目中，高压电机设备的变频器改造，因其节能效果明显，得到迅速的推广和应用。引风机是火电厂重要的高压电机之一，其运行调节方式通常是通过调节静叶开度来调节风量，驱动电机的输出功率并不随机组负荷变化进行调节，大量电能消耗在节流损失中。由于引风机经常在较低的效率工况下运行，静叶开度不到40%，因此对引风机进行变频改造，实现引风机转速随机组负荷变化而调整，提高效率，可以大大降低机组能耗和厂用电率。与此同时，实现高压变频设备的DCS控制，也成为高压电机设备变频器改造项目成功实施的关键因素。

某电厂600 MW超临界机组于2011年3月完成2台引风机变频改造，在机组启动前及启动过程中，完成了对该机组引风机变频方式下的自动控制及单侧引风机变频/工频方式自动切换等控制策略的设计及现场试验。

1 变频装置控制方案

在引风机变频改造过程中，变频装置所有开关及变频器的转速完全由DCS控制。

1.1 电气回路控制方案

引风机单套变频装置带1台电机，如图1所示，主开关为原有断路器，QF3，QF4和QF5是3台新增的断路器，其中QF3为进线断路器，QF4为出线断路器。额定电流1 250 A，额定开断电流40 kA。

该方案通过增加3台断路器来实现引风机工频/变频切换功能。QF3，QF4和QF5之间存在电气闭锁和逻辑闭锁关系。变频方式启动时，操作变频器下口断路器QF4、变频器上口断路器QF3合闸，然后启动变频器，引风机变频运行。切到工频方式时，断开QF4和QF3，停运变频器，然后闭合引风机工频旁路断路器QF5。

1.2 DCS控制方案

1.2.1 DCS信号处理

2台引风机分别有工频、变频2种控制方式，以下信号为逻辑判断的合成信号：

（1）引风机运行信号：引风机6 kV电源开关常开接点、常闭接点取非，电机电流大于5 A三取二。

（2）引风机停止信号：引风机6 kV电源开关常开接点取非，常闭接点、电机电流小于5 A三取二。

（3）工频方式：QF3和QF4在分闸状态，QF5在合闸状态。

（4）变频方式：QF3和QF4在合闸状态，QF5在分闸状态。

1.2.2 断路器QF联锁信号处理

引风机高压变频装置电气回路新增3个QF断路器后，相关联锁及闭锁控制逻辑设计如下：

（1）QF3，QF4合闸允许：QF5在分位且引风机6 kV开关在分位。

（2）QF3，QF4联锁分闸：引风机变频切工频触发。

（3）QF5合闸允许：QF3在分位且QF5在分位。

（4）QF5联锁合闸：引风机变频切工频。

1.2.3 原高压开关联锁逻辑修改

原有工频方式下引风机高压开关联锁逻辑因增加了变频运行方式后也要作相应调整，控制逻辑修改如下：

（1）在引风机主开关的合闸允许条件中增加“在工频方式，或在变频方式且无重故障信号”。

（2）在引风机电机的跳闸条件中增加“引风机不在变频方式且不在工频方式且6 kV电流小于10 A”。

1.2.4 引风机变频/工频自动切换控制方案

针对机组正常运行过程中单侧引风机变频器跳闸需要自动切换至工频运行的情况，为了避免出现影响安全运行的事故，并尽可能减小系统扰动，设计了相关的控制方案，增加了1个中间信号即“引风机变频自动切工频功能触发”，它是由以下3个条件相与组成的：“变频方式”后延时2 s、“引风机6 kV开关在合位”和“引风机变频器重故障”或运行人员手动切换工频。

当“引风机变频切工频触发”信号触发后，DCS发出信号联锁断开QF3和QF4断路器，并将对应的风机静叶超驰关至机组负荷所对应的开度，同时将炉膛负压的变频自动调节器切为手动。需要指出的是，风机静叶超驰关至的开度值是由该机组以往的运行曲线估算得到的，可以根据系统扰动情况或运行经验进一步优化。

“引风机变频切工频功能触发”延时2 s且QF3和QF4断路器已经分闸成功后，DCS发出信号联锁合闸QF5断路器。此时若QF5合闸成功，而引风机6 kV开关仍在合位，即判断“变频切工频成功”。若“引风机变频切工频自动合QF5”触发后超过4 s且QF5仍未合闸成功，或引风机6 kV开关已断开，则判断“变频切工频失败”。

1.3 引风机变频方式下的自动调节方案

当引风机处于变频控制时，炉膛负压过程值与设定值的偏差经过变频自动调节器的比例积分计算后形成控制信号，通过平衡模块分配到2台引风机变频器的控制回路，变频器根据此信号控制电机转速，从而调节炉膛负压。

在送风机自动调节系统的联锁切手动条件中，应将原“引风机静叶控制在手动”改为“引风机静叶控制和变频控制均在手动”。

2 现场试验

2.1 引风机控制方式切换

引风机变频改造完成后，在机组大修结束后的启动过程中，引风机直接采用了变频方式，此时2台变频器的转速指令均为手动控制方式，转速指令保持最大值600 r/min，试验前炉膛负压仍通过引风机静叶挡板进行调节。在此工况下2台变频器也进行了48 h的连续最大出力试验。

引风机控制方式切换时，运行人员在协调方式下将机组负荷升至550 MW，负荷稳定后逐步降低2台引风机变频器的出力，同时引风机静叶在炉膛负压调节器的作用下逐步开大。当2台风机静叶均开至高限值85%后，运行人员将炉膛负压控制器（工频方式）切至手动并将静叶开度维持在85%，待炉膛负压稳定后将引风机变频调节系统投入自动并完成调节参数的整定。

2.2 引风机变频/工频自动切换试验

试验时机组负荷450 MW，并投入协调控制方式，炉膛负压为变频自动控制方式，2台引风机静叶开度维持在85%。

机组燃烧稳定后，运行人员手动停止B引风机变频器，此时炉膛负压调节器（变频方式）由自动切为手动控制，送风、一次风、燃料、给水、协调控制等系统联锁切为手动。B引风机静叶指令自动降至当前机组负荷450 MW所对应静叶开度的函数值54%，由于B引风机短时间没有出力，炉膛负压快速上升至317 Pa。B引风机变频器停止后发出“引风机变频切工频功能触发”信号，联锁断开QF3和QF4断路器，2 s后联锁合上QF5断路器，B引风机工频方式自动投入，发出“变频切工频成功”信号并将“引风机变频切工频功能触发”信号复位。由于B引风机在工频方式下重新投入运行，炉膛负压快速降至约-200 Pa。之后运行人员手动调节A，B引风机静叶开度使炉膛负压逐步稳定，至此1号机组单侧引风机变频/工频自动切换试验成功。

机组稳定后，运行人员手动恢复B引风机为变频方式并投入炉膛负压自动调节系统（变频方式）及协调控制，恢复机组正常运行。

需要说明的是：在机组正常运行过程中，如果出现因某台引风机变频器故障跳闸导致的运行方式切换，由于变频器故障处理需要一定时间，此时需要将另一台引风机也切换为工频方式并重新投入炉膛负压工频自动调节系统，以稳定燃烧并及时投入协调控制。在此切换过程中，运行人员应根据炉膛负压的稳定程度，逐步关小引风机挡板、提高变频器出力，直至变频器指令达上限。这时引风机变频器的出力与工频方式下电机的出力基本一致，变频/工频方式切换的稳定性最高，炉膛负压波动最小。

3 试验评价及优化建议

引风机变频改造后的相关试验表明：变频方式下自动调节系统调节品质优良，引风机变频/工频自动切换过程稳定且对机组燃烧扰动很小。通过试验，也发现引风机变频方式下的控制策略还可进一步优化：

（1）在变频/工频方式切换时，DCS自动将引风机静叶开度指令由上限切换至机组负荷所对应的开度函数。此函数设置的目的是确保引风机在由变频切工频后与原变频方式下的出力偏差尽可能小，从而减小系统扰动。但由于此函数只是根据历史和经验值粗略得到，即使在同一负荷下，由于煤种的变化也会使煤量、送风量等参数发生一定变化，从而导致引风机静叶开度在同一负荷下也不尽相同。因此可以将此函数修改为在相同出力情况下，变频器频率所对应的工频方式下风机静叶开度的函数，以进一步减小引风机切换为工频后与变频方式下的出力偏差，更好地消除燃烧工况、煤质、送风量等对切换过程的影响和扰动。该函数需要在机组运行过程中进一步摸索和试验才能得到。

（2）可增加“任意1台引风机变频器投运即禁投引风机静叶自动调节”的逻辑。因为任1台引风机变频器在运行中跳闸时，都会在切至工频运行的同时将对应的引风机静叶切至负荷对应的开度函数值，若此时另1台引风机静叶在自动状态，在平衡算法的作用下会迅速向相反方向打开或关闭相应开度。若2台引风机静叶开度同时出现大幅度的变化，对锅炉燃烧乃至机组的安全将造成极大的扰动和威胁。

4 结语

引风机系统是维持锅炉稳定燃烧的关键系统，采用工频/变频自动切换的变频器改造方案是维持机组安全稳定运行的需要。通过对DCS控制逻辑所做的改造和优化，为引风机的稳定运行和各种工况成功切换提供了有力保障。采用变频控制后，炉膛压力调节系统响应速度明显变快，炉膛压力波动幅度明显减小，整个调节系统维护量大大减少。与此同时，使用变频调速技术后，引风机的节流损失大大减小，在低负荷运行工况下尤为显著，获得了很好的节能效果。

[1]朱北恒.火电厂热工自动化系统试验[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]胡寿松.自动控制系统[M].北京：科学出版社，2001

[3]刘维.超（超）临界机组控制方法与应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

（本文编辑：龚皓）

Design and Realization of Frequency Control on Induced Draft Fan in 600 MW Generator Unit

ZHANG Xing1，CHEN Sheng-li1，NIU Bai-fang2，XU Yu-ming2
（1.Anhui Electric Power Research Institute，Hefei 230061，China；2.Anhui Huadian Suzhou Power Generation Co.，Ltd，Suzhou Anhui 234101,China）

This paper introduces the corresponding thermal control DCS control strategy based on the reconstruction scheme of induced draft fan frequency converting.After the implementation，two modes of induced draft fan power frequency and frequency converting are switched under the automation mode with same output and small interference and excellent control effect is achieved to ensure the stable operation of induced draft fan and successful switching during every operation condition.The practical operation proves that this scheme has evident energy saving effect.

induced draft fan；frequency conversion transformation；control strategy；automatic switching

TK39

：B

：1007-1881（2012）10-0048-04

2012-03-21

张兴（1983-），男，江苏铜山人，助理工程师，主要从事火电厂热工自动控制技术的研究。