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摘要：通過對變頻協調控製技術在電廠鍋爐一次風高壓變頻係統改造中的應用研究，著重說明：變bian頻pin協xie調tiao控kong製zhi技ji術shu的de設she計ji思si想xiang和he係xi統tong結jie構gou，以yi及ji在zai一yi次ci風feng係xi統tong中zhong主zhu要yao解jie決jue的de問wen題ti和he辦ban法fa，為wei高gao壓ya變bian頻pin調tiao速su技ji術shu在zai一yi次ci風feng係xi統tong中zhong的de成cheng功gong應ying用yong提ti供gong了le一yi種zhong新xin的de思si路lu和he方fang法fa。
關鍵詞：變頻協調控製技術 一次風係統 高壓變頻
在電廠燃煤機組中，一次風是鍋爐的燃料輸送係統的主要動力來源。典型的直吹式燃煤鍋爐係統結構原理如圖1。係統主要由4台雙進雙出鋼球磨煤機、2台一次風機、2台空預器等設備組成。磨煤機磨製的煤粉通過一次風管直接進入爐膛燃燒，係統通過控製一次風量實現鍋爐負荷的控製。
圖1：直吹式燃煤鍋爐係統結構原理圖
正常運行時，一次風係統通過風機入口擋板控製一次風管壓力維持在9.0~11.0kPa範圍內，通過冷、熱風門開度的調整，實現進入磨煤機的一次風溫控製，保證磨煤機運行效率；由磨入口擋板控製一次風量，從而實現磨煤機負荷隨鍋爐負荷變化而調整。
當發電機輸出功率發生變化時，鍋爐的燃燒係統、燃料控製係統等也隨之變動，為了進一步降低廠用電率，實現係統優化運行。對一次風係統變頻改造成為繼引風係統、凝結水係統之後的又一新的研究課題。
目前，在一次風係統主要存在以下幾個問題：
1.為保證一次風速在一定範圍內，目前通過一次風機入口擋板控製。開度在40%~60%，節流損失較大。
2.燃料係統中磨負荷分別通過磨入口擋板開度控製一次風量，係統效率低、經濟指標差。
3.一次風機入口擋板及出口電動門的開關速度反應緩慢，調節品質不好。在機組出現緊急事故或單台一次風機設備掉閘情況下，RB不能有效響應及時動作，嚴重時導致停爐、滅火等事故發生，造成巨大的經濟損失。
4.一次風機通常為“駝峰”特性，調整特性差；壓力、風量調整不當，風機效率下降明顯，嚴重時導致設備直接過載保護跳閘。
隨著高壓變頻技術的日益成熟和新技術、xinchanpindebuduanshijianyingyong，zaiyicifengjixitongzhongcaiyongbianpinjienenggaizao，tongguobianpinxietiaokongzhijishunenggoujiejuebianpinyingyongzhongcunzaidewenti，dadaogaishanshengchangongyi，jiangdishebeidanhaoshuipingdemude。
二、一次風變頻協調控製技術
通tong過guo對dui一yi次ci風feng係xi統tong的de深shen入ru研yan究jiu，結jie合he高gao壓ya變bian頻pin調tiao速su技ji術shu的de特te點dian，針zhen對dui性xing的de研yan究jiu了le高gao壓ya變bian頻pin協xie調tiao控kong製zhi技ji術shu的de實shi際ji應ying用yong途tu徑jing和he具ju體ti設she計ji實shi現xian。
根據一次風係統應用變頻所麵臨的主要問題，變頻協調控製單元具備以下主要功能：
1.在一次風機變頻運行狀態自動切換至工頻過程中，對故障點的位置判斷準確、動作及時有效。
2.通過變頻與工頻運行方式之間的協調，保證一次風機能夠不間斷運行。
3.通過變頻轉速與一次風調節擋板的開度配合，保證一次風不失壓。
4.通過故障一次風機與另一側運行一次風機之間的協調控製，保證兩台一次風機均工作在安全特性區內，不出現“搶風”現象。
該協調控製單元的控製結構框圖如圖2所示。主要包括：協調控製模塊、故障點分析模塊、故障識別模塊、故障診斷及自處理模塊、一次風機係統保護模塊、保護動作連接模塊、擋板開度函數器、模擬量I/O模塊、數字量輸入模塊、數字量輸出模塊等十餘種模塊組成。
圖2：控製結構框圖
其工作原理是：將一次風機工/變頻自動切換係統的綜合保護裝置作為變頻回路和工頻回路的主要檢測方式，接受變頻器上口、變bian頻pin器qi下xia口kou以yi及ji變bian頻pin器qi旁pang路lu開kai關guan的de二er次ci檢jian測ce信xin號hao。通tong過guo對dui主zhu動dong力li係xi統tong不bu同tong位wei置zhi的de運yun行xing工gong況kuang參can數shu及ji工gong作zuo狀zhuang態tai的de檢jian測ce，由you故gu障zhang點dian分fen析xi模mo塊kuai根gen據ju信xin息xi來lai源yuan的de動dong作zuo先xian後hou、反應速度、二次電流、電dian壓ya的de幅fu值zhi變bian化hua，結jie合he變bian頻pin器qi自zi身shen的de運yun行xing參can數shu檢jian測ce信xin息xi，分fen析xi判pan斷duan故gu障zhang點dian的de真zhen實shi位wei置zhi。通tong過guo故gu障zhang識shi別bie模mo塊kuai判pan斷duan故gu障zhang的de安an全quan級ji別bie和he危wei害hai程cheng度du，同tong時shi指zhi示shi出chu具ju體ti故gu障zhang點dian位wei置zhi和he故gu障zhang原yuan因yin。
xietiaokongzhimokuaizaijiedaoguzhangdianfenxidejutiweizhiheanquanjibiebaogaohou，jiehexianchangshebeideyunxingzhuangtaihegongkuang，juedingshifoucaiqubianpinxianggongpinyunxingfangshideqiehuancaozuo。ruguoyicifengjizhudonglixitongyunxuyoubianpinxianggongpinyunxingfangshidezidongqiehuan；係統直接將另一側變頻風機直接快速加速至100％，並bing根gen據ju實shi際ji負fu荷he，計ji算suan出chu跳tiao閘zha側ce風feng機ji工gong頻pin開kai關guan的de合he閘zha操cao作zuo時shi機ji。通tong過guo擋dang板ban開kai度du函han數shu器qi實shi時shi計ji算suan出chu變bian頻pin切qie工gong頻pin後hou一yi次ci風feng機ji擋dang板ban開kai度du自zi動dong關guan小xiao的de位wei置zhi信xin號hao，從cong而er實shi現xian變bian頻pin向xiang工gong頻pin切qie換huan過guo程cheng中zhong一yi次ci風feng壓ya盡jin量liang小xiao擾rao動dong。保bao證zheng切qie換huan動dong作zuo過guo程cheng中zhong，鍋guo爐lu的de一yi次ci風feng壓ya波bo動dong瞬shun值zhi不bu高gao於yu鍋guo爐lu燃ran燒shao係xi統tong對dui一yi次ci風feng速su的de最zui低di要yao求qiu、時間小於2S，使得鍋爐在一次風機的切換時，鍋爐運行平穩、安全不滅火、不跳機。
數字量輸入、輸出接口模塊主要是接受外圍遠程控製信號，實現一次風機變頻上、下口及旁路開關的聯鎖保護、閉鎖邏輯和控製功能。同時將高壓開關和外圍控製信號傳遞給協調控製模塊進行綜合信息處理和判斷。
故障診斷和自處理模塊主要是對外圍接入的開關量、模擬量以及二次儀表的檢測信號進行分析判斷，確定信號接口是否正常，信號輸入、shuchushifouyouxiao，shifoucunzaicuowuzhuangtaideng。bingqiegenjushishidezhuangtaixinxi，panduanchuguzhangduankoudianhao，bingjiangqicongluojichulihuiluzhongqiechu，tongguoxinhaotidaibaochixinhaochulidewanzhengxing。conger，tigaoxitongluojichulideanquanjikekaoxing。
圖3：變頻協調控製單元外形圖
通過對一次風機的結構和工作特性研究可知：風feng機ji具ju有you明ming顯xian的de馬ma鞍an形xing特te征zheng，在zai風feng機ji性xing能neng曲qu線xian的de左zuo半ban部bu具ju有you一yi個ge馬ma鞍an形xing區qu域yu，在zai此ci區qu段duan內nei運yun行xing有you時shi出chu現xian流liu量liang大da幅fu度du脈mai動dong等deng不bu正zheng常chang情qing況kuang，出chu現xian“喘振”問題。而喘振僅僅是不穩定工況區內可能遇到的現象之一，在該區域內還會出現不正常的零氣動力工況，這便是旋轉“失速”現象。風機在不穩定工況區運行時，還可能發生流量、全壓和電流的大幅度波動，氣流會發生往複流動，產生強烈振動，這就是通常提到的“搶風”。鍋爐一次風機改為變頻調速後，兩台風機並列運行，就非常容易發生“搶風”現象，威脅風機及整個係統的安全性。下麵就針對兩台風機的運行工況進行分析說明，如圖4。
圖4：風機的並聯運行圖
如果風機參數選擇適當，運行時操作正確，兩台風機並聯運行時的風道性能曲線Ⅳ與風機並聯合性能曲線Ⅲ交於1，則每台風機將在點1′工作，風機在此工況下工作是穩定的，不會出現“搶風”現象。如果風機工作不當，風道性能曲線Ⅴ與風機合成性能曲線Ⅲ交於點2與點3，落在∞字形區域內工作，則風機工作點可能是點2或點3。若風機在點2上運行，則兩台風機尚能在點2′上穩定運行。如果兩台風機的風道阻力稍有差別，或者風道係統中風量稍有變動，其結果是風機處於點3並聯工作，此時兩台風機工作點分別是3′和3〞點運行。其中點3′工作風機風量大且在穩定區工作，而另一台在點3〞工作的風機的風量小，且工作點落在不穩定工況區內。這樣兩台性能相同的風機輸送的流量就不相同，出現了“搶風”。但是兩台風機分別在3′和3〞點dian工gong作zuo的de狀zhuang況kuang不bu是shi穩wen定ding不bu變bian的de，這zhe兩liang台tai風feng機ji的de工gong作zuo點dian會hui發fa生sheng互hu換huan。風feng機ji在zai此ci工gong況kuang下xia工gong作zuo，嚴yan重zhong時shi甚shen至zhi會hui出chu現xian一yi台tai風feng機ji的de風feng量liang大da，另ling一yi台tai風feng機ji則ze產chan生sheng倒dao流liu。因yin此ci，在zai兩liang台tai風feng機ji並bing聯lian運yun行xing時shi，為wei避bi免mian搶qiang風feng現xian象xiang發fa生sheng，就jiu應ying當dang采cai取qu措cuo施shi避bi免mian風feng機ji的de工gong作zuo點dian落luo在zai∞字形區域內。
鍋爐一次風機變頻改造後，風機在低負荷運行時的工作點離不穩定區（左邊界）較近，導致機組在低負荷區間運行時，兩台一次風機“搶風”即風機的並列困難；通過兩台一次風機的快速協調平衡係統，對運行參數調整，降低係統一次風壓、改變係統通風量，“搶風”問題得到解決。
圖5：不同轉速下的特性曲線圖
圖5geichulefengjizaibutongzhuansuxiadetexingquxian，keyikanchuzhuansubutong，xiangyingdetuofengdianhetuofengliuliangyebutong。zhuansuyuedi，tuofengdianyuexiangzuoyi，tuofengliuliangyuexiao，babutongzhuansuxiadetuofengdianlianjieqilai，jiugouchengleyitiaoquxian，quxianyouceweiwendinggongzuoqu，quxianzuoceweibuwendingqu。womenchengtuofengliuliangweijixianliuliangxiangyingdetuofengdianlianjiequxianchengzhiweichuanzhenqiangfengjixianxian。
xianran，zhiyaozairenhezhuansuxia，dounengkongzhigufengjideliuliang，shiqidayujixianliuliang，zefengjibianbuhuifashengqiangfengwenti，zhejiushifangchuanfangqiangkongzhidejibensixiang。
考慮到吸入氣體的狀態如壓力、溫度、密度及係統風量、fengyabianhuadengdouhuiyinqifengjitexingquxiandebianhua，yinciyingkaolvyidingdeanquanrongliang，quebaoshijigongzuodianbuhuitaikaojinbuwenqujixian，yibimianfashengqiangfengchuanzhenshigu。zaiyicifengxitongzhongcaiyong“調速－比例調門法”比較適合電廠安全和節能需要。
變(bian)頻(pin)協(xie)調(tiao)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)將(jiang)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)與(yu)防(fang)喘(chuan)振(zhen)協(xie)調(tiao)控(kong)製(zhi)，根(gen)據(ju)一(yi)次(ci)風(feng)係(xi)統(tong)的(de)要(yao)求(qiu)，風(feng)機(ji)流(liu)量(liang)波(bo)動(dong)時(shi)維(wei)持(chi)出(chu)口(kou)壓(ya)力(li)在(zai)某(mou)一(yi)定(ding)值(zhi)範(fan)圍(wei)內(nei)，因(yin)此(ci)取(qu)出(chu)口(kou)壓(ya)力(li)Ｐ1，songrubianpinjienengyufangchuanzhenkongzhiqizhong，youyalibiansongqi，xietiaokongzhiqi，gaoyabianpinqi，diandongjihefengjigouchengyigebihuankongzhixitong，tongguobuduandicanyugufengjizhuansuzidongtiaozheng，laidadaowendingchukouyalidemude。
圖6：典型的安全操作曲線圖
圖6給出了兩條典型的安全操作線，其中安全操作線1為固定流量安全操作線控製。安全操作線2為一條與喘振極限線相似的曲線，其流量比喘振極限流量大5%~15%，解決了轉速較低時安全操作線1存在的耗能問題，是一個最節能安全控製方式。
3.一次風機RB時，一次風機變頻器過負荷保護動作防範
一次風係統變頻運行時，單側一次風機變頻器故障不能連續運行時，會觸發機組RB功能動作。係統處理不當或反應不及時，就會最終引起機組跳閘。結合鍋爐一次風機RB分析，主要會導致一次風機變頻器過負荷保護動作有以下方麵的原因：
3.1次風機RB工況初期，係統通風量過大，在單點壓力情況下，流量超標引起變頻器過負荷。
3.2一次風機RB工況初期，風機的運行工況嚴重偏離高效點，運行效率極低。
3.3一次風機性能曲線陡峭，駝峰型特性明顯效率低。
為防止一次風機變頻器過負荷保護動作的措施如下：
（1）一次風變頻器的設計過程中提供負荷限製功能，防止變頻器過負荷保護動作跳閘。
（2）優化RB時一次風係統邏輯。
四、結束語
通過變頻協調控製技術在鍋爐一次風係統變頻改造應用中的研究，充分說明：在zai利li用yong高gao壓ya變bian頻pin進jin行xing節jie能neng改gai造zao的de過guo程cheng中zhong，著zhe重zhong研yan究jiu和he解jie決jue高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu應ying用yong中zhong帶dai來lai的de問wen題ti和he解jie決jue辦ban法fa，對dui提ti高gao係xi統tong運yun行xing安an全quan穩wen定ding性xing，降jiang低di經jing濟ji損sun失shi，具ju有you更geng為wei重zhong要yao的de意yi義yi。將jiang變bian頻pin協xie調tiao控kong製zhi技ji術shu應ying用yong到dao各ge種zhong領ling域yu當dang中zhong能neng夠gou顯xian著zhu提ti高gao生sheng產chan係xi統tong因yin變bian頻pin改gai造zao帶dai來lai的de安an全quan穩wen定ding等deng效xiao益yi，並bing且qie可ke以yi進jin一yi步bu實shi現xian優you化hua係xi統tong，提ti高gao節jie能neng效xiao果guo的de目mu的de。該gai項xiang技ji術shu的de研yan究jiu勢shi必bi會hui為wei高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu的de廣guang泛fan應ying用yong起qi到dao積ji極ji的de推tui動dong作zuo用yong。
作者簡介：
劉軍祥，1996年畢業於天津大學。長期從事高壓變頻技術在電力、冶金、鋼鐵、石化、水泥等行業的應用技術研究及新技術、新領域的開發研究工作。現任北京利德華福電氣技術有限公司技術成套部經理，負責高壓變頻應用係統的成套服務和管理工作。
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