大型火电厂锅炉空预器运行方式及其优化改造

林晶儒，何旭东

大型火电厂锅炉空预器运行方式及其优化改造

林晶儒，何旭东

（华能玉环电厂，浙江玉环，317604）

空预器是火力发电机组的重要辅机，空预器变频启动工频运行的方式可提高锅炉整体的安全稳定水平。探讨了空预器改造设计时的注意事项，对空预器运行方式从五个方面进行了优化设计。改造后，运行可靠性大大增加，满足了电网对辅机低电压穿越能力的要求，节约了大量技改经费。

空预器；工频运行；变频器

引言

变频器在辅机软启动、变频调速、优化设计、经济运行等方面具备明显优势[1]，所以近年发电企业和设计单位在众多火电辅机的设计上越来越倾向于采取变频器技术。

但是，多数辅机，尤其是空预器等一类辅机变频器，其低电压穿越能力不足，在电网电压波动导致厂用电降低时，变频器报告故障，退出运行，从而造成辅机停运。另按照相关规范[2]要求，在变频器供电电压分别变化至额定电压的20%且持续0.5秒、60%且持续5秒、80%～110%且长期持续和130%且持续0.5秒等情况下，一类辅机都应保持在线运行。

本文将按照相关技术规范，对空预器变频启动工频运行方式进行优化设计和思路探讨。

1　空预器传动方式

某电厂总装机容量为4×1 000 MW发电机组，每台机组配备A/B侧空预器，每侧空预器配备主、辅电机，相互之间互为备用，电机受各自的变频器驱动，变频启动后由变频器保持在工频频率下运行。在此种运行方式下，一旦电网电压波动或变频器内部故障，都将影响到空预器的正常运行，进而影响机组的安全稳定运行。由于空预器变频器正常运行频率为50 Hz，具备工频运行的条件，故通过对空预器变频器进行变频启动工频运行的改造，可使空预器不受变频器故障等因素的影响，极大提高其低电压穿越的能力，同时也能够具备相应的保护功能，进而保证空预器的长周期安全稳定运行。

空预器传动方式是有特点的，主要有围带传动和中心传动。围带传动的空预器具有较大的安全裕量，马达安装于空预器侧面，检修方便，减速箱减速比较小，避免了使用效率较低的涡轮传动，但会造成漏风量的增加。中心传动的空预器设计简单，布置方便，省去了空预器周边围带销柱的费用，因其驱动力臂较小，对空预器轴、径向密封的阻力较为敏感，容易发生卡阻现象，造成马达电流超限，故变频器驱动下必须设置相应的制动电阻[3]。

2　变频启动工频运行改造设计关键

随着火电机组容量的不断提高，空预器的转动惯量也随着换热量的提高而成倍增加，因此必须考虑合适的软启动方法。围带传动和中心传动的空预器因其启动负荷较大，如若直接启动，会对设备造成较大的冲击，导致启动失败，甚至损坏设备。因此在对空预器变频控制柜进行变频启动工频运行改造设计时，必须要注意三个关键点。

2.1变频回路与工频回路之间的闭锁

进行变频启动工频运行方式的改造必然要在原有的变频器主回路中增设接触器，如图1所示，即在工频主回路中增加接触器1KM1，在变频主回路中增加接触器1KM2，如果变频回路主接触器1KM2和工频回路主接触器1KM1在通电的情况下同时吸合，会造成上级电源空开跳闸，因为变频器出口（1KM2）电源由于经过了整流及逆变可以视为一个独立的电源，一旦与原先的动力电源短接即视同短路。为避免此种情况的发生，控制柜内的变频回路与工频回路不仅要在控制回路中增加逻辑闭锁，还应增加机械闭锁，确保两个接触器不会同时处于吸合状态。

图1　改造后空预器变频器控制回路图

2.2变频器频率达到后切换至工频运行的延时时间

在电机频率达到50 Hz后，变频器“频率达到点”触发，如果此时断开变频回路接触器（1KM2），若同时吸合工频回路接触器（1KM1），上级电源开关将因冲击电流过大而跳闸。因为在断电瞬间，定子线圈会因转子回路中的剩磁感应，出现三相电压，如果此时投入工频电压，将造成两路交流电源短路，产生非常大的冲击电流。为了消除冲击电流，实现平稳切换，可以等转子回路中的剩磁衰减后再吸合工频回路接触器（1KM1）。切换时间可设置为1至3秒，当然延时的增加也会造成电机转速的下降，转差率会造成合闸瞬间的电流成倍增加。鉴于此，应在改造过程中根据空预器电机容量、转速、力矩等因素，结合实际情况进行现场调试。

另外一种方法：可以增加变频—工频同步切换控制器来实现无扰切换。该方法需增加同步切换装置，通过数字运算进行锁相和控制。切换过程如下：变频器频率到达后，系统进入锁相阶段；锁相控制程序根据采样数据进行运算并产生相应的控制量，经U/I转换成电流信号后发送给变频器，以调节其输出频率，从而达到调整相位的目的；当变频器输出电压相位和工频电压相位一致，满足切换条件时，发出指令控制1KM1和1KM2动作，完成由变频电源向工频电源的切换[4]。

2.3主辅电机接触器之间的硬接线闭锁

由于空预器主辅电机之间通过离合器拟合，主辅电机如果同时启动，可能会造成空预器齿轮箱损坏，故应确保空预器主辅电机的“双重闭锁”。在PLC逻辑上进行闭锁的同时，还应在控制回路的硬接线中增加闭锁回路。将辅电机的变频接触器（2KM2）和工频接触器（2KM1）的常闭辅助接点串联至主电机的变频接触器（1KM2）和工频接触器（1KM1）的启停回路中，即有效保证了主辅电机之间的互相闭锁。

3　优化设计

从五个方面对空预器变频启动工频运行方式进行了优化设计：

（1）采用独立的控制电源

考虑到用电受到外部电网及关联设备故障等因素的影响，会造成控制回路中继电器的误动，对于重要辅机，应采用独立且稳定的控制电源（如直流或UPS）。

（2）工频回路电机的保护功能

由于变频器本身具备相应的保护功能，在原先的设计中，一般上级电源开关未设置相关保护装置，故在对现有传动系统进行改造时，应充分考虑电机的保护功能。电机保护主要为过载和速断，分别由热偶和空开实现，工频回路中的热偶和空开选型应根据电机容量大小来进行设置。

（3）双电源监视

如果上级开关被误分闸，工频回路接触器KM1将仍在吸合状态，DCS系统将误认为电机仍在运行，不会进行主辅切换。

为了满足《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术规范（征求意见稿）》的相关要求，电源监视继电器可设定在55% pu以下动作，PLC延时1秒停运电机，55% pu以上不动作。

同时，为了增加运行可靠性，防止因电源监视继电器故障而造成辅机停运，应设置双监视模块。两电源监视器分设两副反馈接点，一对并联（两电源监视同时动作）触发跳闸，一对串联（单个电源监视动作）只发报警。

（4）连锁驱动试验端子

上文中提到主辅电机之间设置硬接线闭锁。然而，当主电机接触器或其他相关设备出现故障需要进行更换时，应保证辅电机正常运行。此时应对主电机的变频及工频接触器（1KM1/1KM2）辅助接点进行旁路。在进行控制柜设计时，可将1KM1/1KM2连锁驱动接点设置成试验端子，以便于日后维护时隔离旁路。

（5）PLC设备的保护

一般PLC工作电压为24 VDC，一旦380 VAC串入，将导致PLC异常甚至烧毁。故在设计过程中，可适当增加中间继电器，比如热偶动作，由热偶动作中间继电器来驱动PLC等[5]。

4　结束语

空预器通过变频启动工频运行的改造后，运行可靠性大大增加，同时也满足了电网对辅机低电压穿越能力的要求，节约了大量的技改经费。

[1]杨耕, 马挺. 浅析通用变频器的工程技术要点[J]. 电力电子技术, 2001, 35(02): 59-62.

[2]国网浙江省. 浙江电网发电厂一类辅机电压穿越能力要求——浙电调字(2015)1号[Z]。

[3]孙景刚, 张辉. 回转式空气预热器传动装置性能分析[J]. 节能技术, 2002, 20(2): 24-25.

[4]赵跃, 张伊辉, 郑岗. 回转式空气预热器变频-工频同步切换控制器[J]. 电力自动化设备, 2006, 26(8): 71-74.

[5]张桂香, 张志军. PLC的选型与系统配置[J]. 微计算机信息, 2005, 21(19): 81-82.

林晶儒(1985-)，男，汉族，浙江奉化人，就职于华能玉环电厂，电气点检，工程师，从事火电厂电气设备的维护、检修、管理等工作。研究方向：电气工程。

E-mail: linjingru@aliyun.com

Operation Mode and Its Optimization of Large Coal-Fired Power Plant Boiler Air Preheater

LIN Jing-ru, HE Xu-dong
(Huaneng Yuhuan Power Plant, Yuhuan, Zhejiang, 317604, China)

Air preheater is one of the important auxiliary power generating sets. Mode of air preheater conversion frequency starting up and work frequency running can improve the level of security and stability in the boiler. Analysis of optimization of air preheater operation mode is focused on five aspects. After such an operation, the operating reliability is greatly increased, satisfying the requirement of auxiliary device low voltage penetration of power grid, and saving a huge amount of technical transformation funds.

Air Preheater; Work Frequency Running; Inverter

TM761

B

2095-8412 (2016) 05-870-03工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.010