摘要：本文通過對變頻協調控製技術在鍋爐引風變頻係統改造項目中的實際應用案例，闡述了變頻協調控製技術的實現機理、功能及特點。從全新的角度，詮釋了高壓變頻在係統應用中不對DCS和現場控製邏輯改造，即可實現節能應用的一種新方法。
關鍵詞：變頻協調控製技術 鍋爐引風係統 高壓變頻 DCS
一、問題的提出
某100MW機組為380t/h煤粉鍋爐，其引風係統主要由兩台6kV、800kW高壓引風機電機驅動。為實現機組節能降耗，提高引風機設備效率，減少擋板調節損失;經過多方研究、論證，選用了目前技術成熟、穩定性好、可靠性高的高壓變頻器作為引風節能改造項目的實施手段。
由於機組DCS經過多次改造，所預留的I/Oduankoushuliangyijingbunengmanzuyinfengbianpingaizaonaizhijinhoubianpinjienenggaizaoxiangmuduixitongduankoukuozhanhexingnengdeyaoqiu。yinci，tichunengfoucaiquyizhongxindefangfahuoshouduan，keyizaibuxuyaoduiDCS硬件端口和軟件控製邏輯改造的情況下，即可實現引風變頻係統項目改造呢?
針對上述提出的新課題，在深入研究高壓變頻應用技術的特點和機組鍋爐係統的運行工藝、DCS係統結構等技術層麵後，提出“係統級產品設備級應用”的設計理念。把高壓變頻應用係統中，用於實現變頻器、切換開關、運行方式、調節特性等設備與係統間協調，DCS不做變更即可實現變頻節能改造的控製技術稱之“變頻協調控製技術”(簡稱：HCU技術)。以下通過變頻協調控製技術在引風變頻係統改造項目中的實際應用，進行全麵的技術闡述。
二、一次動力方案
針對現場的實際情況，對機組鍋爐引風係統的全麵分析，本著“保證係統安全可靠，結構合理，操作簡單，改動量小”的原則，為現場提供一拖一工/變頻手動切換的旁路方案。其一次動力係統結構原理如下圖一所示：
其中QF表示高壓開關、QS表示隔離開關、TF表示高壓變頻器、M表示引風機電動機。虛框內為新增設備，高壓開關QF、電動機M為現場原有設備。QS12和QS13之間存在機械和電氣雙重閉鎖關係，防止變頻器輸出側和6kV電源側短路。當引風機需要變頻運行時，操作變頻器下口開關QS12、變頻器上口開關QS11合閘，然後啟動引風機運行。需要引風機工頻運行時，停止引風機、斷開變頻器下口開關QS12和變頻器上口開關QS11;然後閉合引風機工頻旁路開關QS13，然後啟動引風機運行。
三、係統結構原理
基於“係統級產品設備級應用”的設計思想，根據此次引風變頻係統改造的整體構成，對機組鍋爐係統采用變頻協調控製技術改造前後進行說明。
鍋爐引風係統在進行變頻改造前，原有係統控製結構原理如圖二所示。DCS通過控製高壓開關分合閘操作實現引風機電動機啟/停，通過對引風機入口擋板開度的調節實現鍋爐爐膛負壓的穩定。
引風係統進行變頻改造後，常規的設計方法是增加變頻器、旁路櫃、切換裝置等設備，將控製與狀態信號接入DCS。通過對DCS端口和邏輯改造，實現新增設備的控製和變頻運行方式下的風機啟、停、爐膛負壓調節、運行方式切換、安全防護等功能。其係統控製結構原理如圖三所示。
采用“係統級產品設備級應用”的設計思想，運用HCU技術設計的引風係統變頻改造在係統結構、控製邏輯關係、DCS端口等方麵明顯簡單化。係統通過HCU將高壓開關、變頻器等設備整合為“一種設備”，在功能上與原係統相同，實現引風機的啟/停控製和保護，並滿足鍋爐爐膛負壓調節的控製需要。至於引風係統采用何種運行方式，則有HCU根據動力係統的狀態自動識別，接受DCS啟、停後驅動引風機電動機運行。同時，HCU根據運行方式自動完成轉速、開度信號與爐膛負壓調節信號的自動協調。從而，使得進行變頻節能改造後的引風係統在控製特性上與現有係統相同;DCS的I/O端口、內部控製邏輯、聯鎖保護等功能方麵不需作出調整的情況下，簡化了係統的控製結構，並達到了改造預期目標。采用HCU技術的引風變頻係統結構原理如圖四所示。
HCU將高壓變頻器、旁路切換裝置、高壓開關等相關設備整合為一種驅動設備。即：對DCS而言，不再存在工頻/變頻運行方式切換，控製對象的轉速、開度切換，保護聯鎖邏輯改造等問題。而成為一個控製引風機啟停、實現其負荷率隨機組負荷調整，爐膛負壓過程控製量穩定的問題。由於DCS與引風機控製設備之間的接口未變，因此，DCS內原有的引風機聯鎖、保護等邏輯仍然有效。HCU會自動根據運行方式，設備狀態等信息自動識別故障點情況和安全等級，保證發給DCS的狀態信號正確有效，避免誤動、拒動等情況的發生。
在現場的實際工程應用中，將引風高壓變頻係統作為“一種設備”使用，通過HCU與DCS接口實現控製功能。
四、實施方案
根據上述引風變頻係統的設計原理和實施原則， HCU與DCS的接線原理、端口定義等實施細則如下。
改造前，DCS針對引風機的控製調節端口，連接高壓開關、執行機構等控製設備，其接線原理如下圖五所示。改造後，DCS的這些信號引入HCU通過協調控製技術進行信號處理、指令分配、控製對象協調後驅動執行設備運行，具體接線原理圖如下圖六所示。
由(you)於(yu)變(bian)頻(pin)協(xie)調(tiao)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)是(shi)引(yin)風(feng)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)核(he)心(xin)部(bu)分(fen)，因(yin)此(ci)，該(gai)設(she)備(bei)與(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)一(yi)起(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)就(jiu)地(di)，獨(du)立(li)於(yu)變(bian)頻(pin)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)，當(dang)變(bian)頻(pin)器(qi)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)或(huo)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)時(shi)，HCU仍然能夠保證引風係統的工頻可靠運行。當HCU自身出現嚴重故障時，高壓開關、開度執行機構的控製權將自動轉接至DCS，恢複原有的DCS控製回路，最大限度的確保鍋爐引風係統安全運行。
DCScaozuohuamianbuxuyaobiandong，rengranshizaiyinfenggongyihuamianzhongcaozuoyinfengjiqiting，caozuodangbankaidukongzhifengliangweichilutangfuya。danshiqidonggongpinhaishibianpinhuiluceyouHCU根據就地旁路櫃、變頻器等設備的狀態判斷來實現;同時接受開度控製信號後，將其轉變為相同特性的變頻轉速控製信號，實現鍋爐爐膛負壓的穩定。
五、係統特點
通過對引風係統采用HCU前後的設計結構和原理等分析比較可以看出，采用變頻協調控製技術對引風係統進行改造，可以體現以下主要技術特點：
1) 機組DCS係統具體運行模式和端口數量保持不變，不需要增加硬件構成。
2) DCS原有控製邏輯不變，HCU作為中間過程控製對象以一種操作設備的形式而存在。DCS係統邏輯組態程序結構簡單明了。
3) 係統操作方式基本不變，兩台引風機的具體運行模式由HCU自主實現，同時可接受手動幹預，運行方式靈活。
4) 采用DCS過程控製框架結構，硬件性能穩定、軟件運算功能強大、係統可靠性高;具備與DCS同等的安全係數，完全能夠保證引風係統的安全運行。
5) 支持I/O模件在線更換、熱插拔，減少故障停機時間。
6) 變頻器、旁路櫃、引風機高壓開關等設備及過程控製有機整合，邏輯處理聯貫;安全防護完備、穩定性好。
7) HCU可在CPU或係統完全失電的情況下，將引風機高壓開關、執行機構等原工頻設備控製權轉至DCS控製，最大限度的保證了係統安全可靠性。
六、結束語
通過變頻協調控製單元在鍋爐引風係統變頻改造中的成功應用，充分證明：打破常規思維和應用結構，采取新的方法和手段;同樣能夠很好的實現變頻節能改造的目的。在項目的實施過程中，節約DCS改造、調試和電纜敷設等項目投資同樣體現了節能降耗的主旨，而且在實際的使用中操作簡便、運行效果良好。
該項技術在變頻應用係統中的應用，具有良好的廣泛通用性。因此，在電力行業的一次風、凝結水、給水、循環水等變頻節能項目中推廣應用，對提高變頻係統安全可靠性、降低投入成本具有重要意義。
作者簡介：
王曉潔 現任職於北京京豐熱電有限責任公司安全生產技術部，擔任電氣專業工程師職務。
劉軍祥 現任職於北京利德華福電氣技術有限公司，擔任技術成套部經理職務。