330MW CFB锅炉风机变频改造控制系统研究与实践

高尔栋*，王慧敏



330MW CFB锅炉风机变频改造控制系统研究与实践

高尔栋1,2*，王慧敏2

（1.华北电力大学控制与计算机学院，北京，102206；2.内蒙古京海煤矸石发电有限责任公司，内蒙古乌海，016000）

综合厂用电率是火电厂重要的经济技术指标。随着火电厂节能问题越来越多的被得到关注，作为火电厂重要的辅机设备，一次风机和二次风机的能耗问题也更多的被考虑和提及。本文介绍了我厂330MW循环流化床锅炉一、二次风机在变频改造过程中，风机变频控制策略的设计和优化方法，包括风机工频启停方式、变频启停方式、工频切换变频及变频切换工频的具体控制策略。对同类型机组的重要辅机变频改造控制策略的设计和优化提供参考。

风机变频；顺控；逻辑组态；工频；切换

引言

京海电厂2ｘ330MW锅炉型号为DG1177/17.4-Ⅲ型循环流化床锅炉（CFB），亚临界参数，单炉膛，一次中间再热自然循环汽包炉。每台机组配置1个膜式水冷壁炉膛、3台汽冷式旋风分离器、3台回料阀、6台滚筒式冷渣器。原先的一二次风机采用液力耦合器进行出力控制，此次变频改造不仅大幅度减小了风机电机电能消耗，同时还进一步提高了风量控制响应速度，使得其适应负载的变化能力更强。

1 一、二次风机变频改造工作原理

我厂变频装置采用单元串联多电平电压源型变频器，变频改造设计时保留了现场原有风机档板调节方式（即工频运行方式），实现变频器故障跳闸后，能保证系统切换到工频方式运行。此外通过DCS逻辑组态，还实现了工频切换到变频方式运行，同时DCS变频调节实现手动/自动两种运行方式，并在DCS可选择。即在正常运行方式下，每台锅炉4台风机全部工作，风机变频改造中，在锅炉A、B一次风、二次风机上各安装一套变频器装置，即一台变频器驱动一台风机，每台变频器设有工频旁路装置。变频器异常时，变频器停止运行，电机通过自动切换装置切换到工频运行。即采用一拖一自动工/变频切换控制方案,该一拖一自动工／变频切换方案如图1所示：

图1 风机变频改造电气原理图

风机各采用一套变频调速装置和工变频手动切换回路。其中QF表示高压开关、UF表示高压变频器、M表示电动机；QF、M为现场原有设备。QF为原6kV断路器，QS1、QS2为新增旁路柜隔离刀闸。

正常运行时，通过运行人员可远程操作实现对风机的工、变频选择。变频运行时，确定QS1、QS2闭合，KM1、KM2、QF3断开后，闭合高压开关QF，QF合闸后，由运行人员发出变频器预充电信号，高压变频器预充电信号完成后，反馈给DCS并作为合闸允许信号，逻辑判断条件满足后自动闭合KM1、KM2，变频器高压上电后变频器开始自检，自检完成后发出待机指令，DCS顺控启动变频器，风机变频启动并运行。当风机采用工频方式启动时，逻辑判断高压开关QF、KM1、KM2处于断开状态，QF3为闭合状态后，顺控功能组发出QF合闸指令，风机工频运行。

2 DCS系统顺控逻辑控制机理和主要参数配置方法

我厂DCS系统采用南京国电南自美卓的MAXDNA系统，改造后一、二次风机均采用顺控方式自动启动。采用顺控方式启停的主要原因是：风机KM1、KM2开关合闸前提条件为变频合闸允许条件满足，而该DI状态点采集自变频控制回路，在变频器预充电完成后，变频合闸允许状态只触发4.5秒钟，无法手动操作合闸，只能采用顺控方式来实现。下面详细介绍顺控功能组的控制机理及组态调试方法。

美卓MAXDNA DCS系统中，顺控主功能块由五条链路组成，一、二次风机变频改造中每台风机都使用了其中四条链路，即：Chain1，Chain2，Chain4，Chain5；Chain3未使用。其中，Chain1控制风机变频启动逻辑回路，Chain2控制风机变频停止，Chain4用于手动复位，Chain5表示强制结束（用于故障及异常情况时）。每个顺控操作面板设置了“准备”、“复位”、“启动”和“停止”四个操作按钮，见图6所示。具体控制机理如下（以A一次风机变频顺控方式启动举例）：

当“复位”指令发出时，将AYCBPSK顺控组中的OpCmd置为4（operator command 4=Reset），将AYCBPSK顺控组中的OpMode置0，同时将A一次风机预充电、水冷柜、变频器、工频开关OF3、变频回路KM1、KM2 同时复位。在“准备”指令发出后，将AYCBPSK顺控组中的OpMode置1，它的作用结果是将AYCBPSK顺控组中的seqModeCPX置为1。在此基础上，当“启动”指令发出时，由于此时seqModeCPX已经置为1，就该值赋予AYCBPSK顺控组中的OpCmd，所以OpCmd置为1，所以Chain1启动。

主要参数配置方法见表1：

表1 主要参数配置方法

3 改造后一、二次风机的启停和切换顺控流程图

图2 风机工频切换变频顺控流程图

工频切换变频允许条件及步骤：

（1）工频运行

（2）外围循环水泵在运行状态。

（3）启动水冷柜

（4）启动预充电

1）启动预充电（变频器发出合闸允许信号）

2）DCS接收到合闸允许信号后，需在4.5秒内断开QF3

3）QF3断开指令发出后，立即启动自动旁路柜KM1、KM2

（5）DCS接收到KM1、KM2合闸信号且变频器就绪信号后，立即启动变频器（变频器飞车启动功能，自动跟踪电机转速）

（6）DCS接收到变频器运行信号后，工切变转换成功。运行人员可根据实际情况调节输出频率。

图3 风机变频顺控启动流程图

顺控条件允许：

（1）启动稀油站油泵。

（2）稀油站油泵反馈信号回馈正常且油压正常后，启动外围循环水泵。

（3）外围循环水泵反馈信号正常后，启动变频器水冷柜。

（4）水冷柜运行反馈信号正常15分钟后（设投退条件），且变频器无轻重故障。

当风机变频启动允许条件满足后，进入预充电顺控步序：

（1）合高压开关QF。

（2）QF状态反馈回来后，马上启动预充电（预充电完成后，变频器发出合闸允许信号，预充电完成大约需要1.5分钟）。

（3）DCS接收到合闸允许信号后，需在4.5秒内合自动旁路柜KM1、KM2。

（4）DCS接收变频器就绪信号，可以启动变频器。

（5）预充电完成（自动旁路柜在变频状态与变频器就绪信号），立即启动变频器

（6）DCS检测变频运行信号后，顺控功能完成。

图4 风机变频切换工频流程图

4 调试期间出现的问题及解决方法

（1）#2炉A一次风机变频顺控启动调试时，顺控功能组只能完成第一步“合高压开关QF”后，顺控功能组已经被强制结束，导致变频顺控启动#2炉A一次风机失败。后经检查，发现Chain1中CH1 Maxtime设定为10秒钟，整个启动链路时间设定太短。后将Chain1中CH1 Maxtime设定为5分钟后，#2炉A一次风机变频顺控启动成功。

（2）#2炉B一次风机变频顺控调试时，顺控功能组在发出第三步“合KM1、KM2”指令后，KM1、KM2未能在4.5秒内合闸成功。经过检查调试发现，变频器预充电完成后，会发出“变频合闸允许”信号，该信号只触发4.5秒钟，而合KM1、KM2指令是顺控功能块触发，它是在实际接收到“变频器预充电完成”状态后才会发出的指令，由于系统扫描周期的迟延及信号回路的延时滞后，每次顺控功能块触发合KM1、KM2指令时，“变频合闸允许”4.5秒脉冲信号已经消失，所以造成变频顺控启动风机失败。通过试验，配合厂家将“变频合闸允许”信号触发时间延长3秒，并将DCS系统中该状态也加延时脉冲后风机变频顺控启动成功。

（3）#1炉B一次风机变频顺控合闸失败，通过调阅DCS历史趋势发现，一次风机顺控功能块变频器合闸指令已经触发，但变频器启动允许条件未满足。原因如下：操作人员发出

B一次风机出口电动门关闭指令后，随即启动变频顺控，而B一次风机出口电动门从指令触发到关状态到达需2分钟时间，在此期间启动变频顺控将是无效操作。变频器启动允许条件见图5所示。

图5 QF高压开关合闸允许条件

图6 风机变频顺控控制面板

（4）变频顺控调试期间，试验发现风机变频切工频的控制逻辑存在误操作的可能。因此在变频切工频控制回路设计了投切保护按钮，即只有变切工所有条件都满足，且保护按钮置投入位，变切工才会按相应步骤进行，这就从源头避免了误操作的发生。变切工保护逻辑见图7所示。

图7 变频切工频保护逻辑

5 结束语

风机变频改造之后，我厂的一二次风机单能耗明显下降，进一步提高了风量控制响应速度，使得其适应负载的变化能力也更强。变频改造实现了风机的软启动功能，启动电流对电机以及其他设备的冲击以及启动力矩对电动机主轴的机械冲击更小，从而获得了更高的动态响应速度和更优的调节线性度。风机变频控制技术能够显著提高风量控制的精度和响应速度，在风量需求下降时，风机电机转速下降，功率也随之下降，从而大幅度减小了风机电机电能消耗。

[1] 李智华, 高尔栋. 330MW CFB锅炉脱硫自动控制改造分析与实践[J]. 应用能源技术, 2016, 04. 006.

[2] 苏立新. 火电厂锅炉风机采用变频调速的技术经济探讨[J]. 电力建设, 2005, (5): 14-16.

[3] 徐志强. 火电厂300MW机组引风机变频改造[J]. 能源研究与应用, 2008, (1): 47-48.

[4] 李凤鸣. 高压变频调速在300MW机组引风机上的应用[J]. 华北电力技术, 2006, (1): 34-37.

[5] 张振阳, 刘军祥, 李遵基. 高压变频技术在火电厂吸风机中的应用与研究[J]. 热能动力工程, 2002, (2): 191-194.

[6] 王贺岑, 邹文华, 马淮军, 等. 风机变频改造节能技术在火电厂的应用研究[J]. 中国电力, 2002, (2): 73-77.

330 mw CFB Boiler Fan Inverter Control System Research and Practice

GAO Erdong1.2*, WANG Huimin2

（1.School of control and computer science, North China Electric Power University, Beijing, 102206, China;2.Inner Monglia Jinghai Coal Gangue Power Generation Co.,Ltd. Inner Mongolia Wuhai, 016000, China）

The combined plant electricity rate is an important economic and technical index of thermal power plant. With the thermal power plant energy-saving technology more and more attention by the community, primary turbine and secondary turbine as important auxiliary equipments for thermal power plants, their energy consumption problems are more considered and mentioned. This paper introduces the design and optimization of fan frequency control strategy in the process of frequency conversion in the primary and secondary turbines of 330MW circulating fluidized bed boiler in our factory, including the way of fan frequency start and stop, frequency conversion and stop mode, frequency switching frequency conversion and the specific control strategy of frequency conversion switching frequency. This paper provides a reference for the design and optimization of the control strategy of the important auxiliary frequency conversion of the same type of unit.

turbine frequency conversion; sequence control; logic configuration; frequency; switching

高尔栋, 王慧敏. 330MW CFB锅炉风机变频改造控制系统研究与实践[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 31-33.

GAO Erdong, WANG Huimin. 330 mw CFB Boiler Fan Inverter Control System Research and Practice[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 31-33.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.012

TK223

A

1672-9129(2017)05-0031-03

2017-01-19；

2017-02-23。

高尔栋（1987-），男，山西偏关人，助理工程师，硕士研究生在读，现从事330MW循环流化床机组热控过程控制方面工作。E-mail: 874203851@qq.com