引风机变频改造后变频与工频互切探讨

方 武

（大唐华银金竹山火力发电分公司，湖南 娄底 417505）

0 引 言

引风机作为火力发电厂锅炉侧重要辅机，作用是排出炉膛内产生的烟气，并使炉膛内维持一定的负压，克服尾部烟道内的压力损失。目前，引风机动力主要分为电机驱动和汽轮机驱动两种方式，汽轮机驱动通常应用于新建机组，采用一汽一电或两汽一电配置。为降低厂用电率，多数发电厂对电机驱动的引风机进行了变频改造，以达到节能降耗的目的。高压变频器是由电力电子器件组成的复杂系统，因环境、器件老化等原因不可避免发生各类故障。当变频器出现故障后，易造成引风机跳闸，不仅影响负荷，造成巨大的经济损失，严重情况下甚至威胁到机组的安全稳定运行。因此，引风机要具有变频/工频互相切换的功能，以提高系统的可靠性。

1 引风机变频改造后存在的问题

大唐华银金竹山火力发电分公司3台机组引风机变频器改造后，变频器采用手动旁路配置。当引风机变频器发生故障时，风机不能自动切换至工频运行，变频器重故障联跳引风机，并联跳同侧送风机跳闸，造成炉膛压力大幅度波动，如此时机组负荷大于4 00 WM，还会触发引风机跳闸RB保护动作。在影响负荷的同时，严重情况下甚至造成机组的非异停，并威胁到炉膛的安全。

2 变频/工频互切改造方案

为保证当引风机变频器出现故障能快速切换到工频状态，对原引风机变频器的工、变频手动旁路方式更改为自动旁路方式。原通过人工操作QS1、QS2刀闸进行工、变频切更改为通过高压断路器QF进行自动切换。改造前后电气原理图如图1、图2所示。

图1 改造前电气原理

根据现场实际情况，应考虑引风机变频/工频切换满足各种不同状况下的需求，至少应包含以下三种方式：变频器正常运行情况下变频转工频、正常运行情况下引风机由工频转变频、变频器重故障自动转工频。

2.1 变频器正常运行情况下变频转工频

当变频器正常运行情况下，运行人员有充足的时间进行相应操作。此时，运行人员可根据当前实际运行工况和两侧引风机的出力情况，选择最佳的导叶开度。在进行切换前，首先由运行人员将引风机变频指令逐渐增加至50 Hz，并同步调节导叶。稳定后，运行人员发出“变频转工频”命令至变频器，为防止运行人员误操作，在逻辑中增加该指令发出的闭锁条件，需满足变频器实际频率达到50±1 Hz。

图2 改造前电气原理

2.2 正常运行情况下引风机由工频转变频

此情况主要是在变频器故障恢复后，在不停止风机运行的情况下，将风机切换为变频方式控制，不会影响机组负荷，其变频器频率调节和导叶开度调节由运行人员手动操作为宜。为防止运行人员的误操作，在逻辑中增加了引风机工频转变频切换的闭锁条件，即需要满足变频器指令已在50±1 Hz，才允许运行人员发出“工频转变频”指令。变频器接收到“工频转变频”命令后，自动跳闸QF3，合闸QF1、QF2，变频器启动并调频到运行给定的目标值。转换完成后，由DCS手动调节变频器的运行频率及其风门位置。在工频转变频器过程中，若发现变频器出现故障，则自动执行“变频器重故障自动转工频”程序（变频器重故障自动转工频控制方式在后面第3种控制方式中将详细介绍）。如在转换的过程中，QF3没有跳闸，表示电机一直运行，应不跳开6 kV进线开关；若变频器检测到引风机处于非工非变的运行状态超过设定时间（2～3 s），则表示转换失败，此时跳开6 kV进线开关。

2.3 变频器重故障自动转工频

变频器重故障自动转工频是变频/工频互切里面最重要的，也是为确保机组稳定运行中最主要的一种情况。当变频器出现不可恢复故障时，让相关设备根据设定的逻辑和步骤进行自动操作，最大程度地减少因为变频器故障跳闸后引起的相关参数波动幅度。此情况通常出现在运行人员没有思想准备的突发情况，因此需要综合考虑各种情况，使系统自动进入较为可靠的运行状态。待运行人员发现异常后，再适当进行局部调整，最终达到一个新的稳定运行状态。

首先，要实现变频器重故障切工频，变频器上的自动/手动切换旋钮需打在自动位置（如打在手动位置，重故障时变频器不进行自动切换，直接跳6 kV进行开关）。变频器在发生重故障后，变频器将立即停机，变频器自检后若故障可恢复，则变频器再次自动启动；若变频器检测到故障不可以恢复，则发出动作信号开始故障情况下变频转工频的切换。变频器判断“变频转工频的切换”后自动跳开QF1、QF2，同时给DCS发出一个“关导叶指令”，DCS接收到“导叶调节信号”后，进行调节，当DCS把导叶调节到合适位置后，给变频器发“风门调节到位信号”。变频器接收到“导叶调节到位信号”信号后，自动合上QF3；变频器从发出“导叶调节信号”后，一定时间T1内没有接收到DCS反馈“导叶调节到位信号”信号，则不再等待该信号自动合闸QF3。变频器从发出QF1跳闸信号后，T2（T2大于T1）时间内没有检测到QF3已合闸，则自动断开6 kV开关，并向DCS发出“变频器重故障转工频失败信号”，DCS接收到该信号后，检测到QF3处于分闸状态且风机电流≤5 A，则DCS远程也再次发出6 kV开关跳闸指令，确保6 kV开关断开。

此外，需要考虑DCS在接收到“关导叶指令”后，确保导叶关闭到一个合适的位置后，发出导叶到位的脉冲信号给变频器，使QF3自动合上。若因为某种原因，变频器在T1时间内未接收到导叶到位信号，变频器不再等待，也要发出QF3合闸指令，要合理设置T1时间。以大唐华银金竹山火力发电分公司#1机组为例，在对引风机进行变频改造后，正常运行时引风机均采用变频方式，通过查看历史曲线，入口导叶在高负荷工况下基本保持全开状态，低负荷时开度一般情况下大于65%。因此，在逻辑组态时，直接取引风机导叶开度≥65%，接收到变频器发出的“关导叶指令”后，DCS将当前导叶开度值进行记录，然后根据当前机组的实际负荷，使导叶在现有的开度下再关小当前负荷对应的开度，通过冷态试验和工频状态下导叶开度的历史记录，得出以表1对应关系，当导叶关小到对应开度后，发“导叶到位信号”至变频器，进行后续动作。

考虑到若因为某种异常原因，变频器在T1时间内未接收到导叶到位信号，也不继续等待，而是直接进行变频切工频动作。T1时间的确定，可以取导叶从70%关到30%开度所需的平均时间7 s。在改造完成后，进行冷态试验，确认引风机在变频器重时故障切工频正常，系统工作稳定。

表1 机组负荷与导叶关小幅度

3 变频/工频互切改造效果及后续优化

2016年9月28日14∶13∶06，大唐华银金竹山火力发电分公司#1机组负荷 360 MW，一个A引风机突然出现变频器重故障引起变频器跳闸，引风机自动执行切工频程序；14∶13∶13，工频开关QF3合闸；14∶13∶19，A引风机恢复出力；14∶14∶01，炉膛压力恢复稳定，机组负荷等其他重要参数无明显变化，整个过程中炉膛压力最高波动至750 Pa，相关曲线如图3所示。

根据图3可以看出，A引风机变频器重故障后切工频基本成功。但是A引风机切工频时间稍长，造成炉膛压力波动过大。通过分析数据，当时机组负荷为360 WM，运行人员手动将引风机入口导叶调至60%。因此，在引风机变频器重故障并发出关导叶指令后，导叶由于开度小于65%，不会继续关闭，也不会触发导叶到位的脉冲信号给变频器，变频器等待7 s后则自动进行切工频动作，QF3合闸，引风机工频运行带负荷，整个过程等待了7 s钟相对较长。

针对这次事件，对引风机变频器重故障切工频逻辑做了进一步的优化。第一，当变频器重故障，引风机导叶开度≥60%时，接收到变频器发出的“关导叶指令”后导叶按照表1的对应关系关小一定幅度，到位后发“导叶到位信号”至变频器；第二，当变频器重故障，引风机导叶开度＜60%时，接收到变频器发出的“关导叶指令”后直接发“导叶到位信号”至变频器；第三，将变频器发出“关导叶指令”后接收“导叶到位信号”的等待时间由7 s缩短为4 s。

图3 变频器重故障切工频过程中机组重要参数趋势

4 结 论

引风机变频改造后增加变频和工频互切功能后，引风机变频运行既提高经济性，也降低了由于变频器出现故障而带来的安全风险。对于引风机变频与工频之间切换的控制，需要根据实际情况，合理制定控制策略和相关参数，尽可能的考虑周全。在完成改造后，需进行相应的试验，确认控制逻辑的正确性和合理性，在冷态试验成功的基础上，有条件的可以进行热态试验，提高控制精度，并不断总结经验，对存在的问题进行完善，最终提高系统的可靠性。