第四節(jié) 脫硫增壓風(fēng)機變頻調(diào)速節(jié)能改造（下）
4 增壓風(fēng)機的控制
4.1 增壓風(fēng)機改造前的控制方式
改造前增壓風(fēng)機采用靜葉調(diào)節(jié)，其控制方式:通過原煙氣壓力手動設(shè)定值與實際原煙氣壓力的偏差進行PID調(diào)節(jié)，控制增壓風(fēng)機的葉片角度，保證原煙氣擋板前的壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。
為了防止一些小擾動，增加了一個原煙氣壓力手動設(shè)定值與實際原煙氣壓力偏差的死區(qū)，死區(qū)是在原煙氣壓力量程范圍內(nèi)的±5%。當偏差為正數(shù)時，PID調(diào)節(jié)是反調(diào)節(jié)；偏差為負數(shù)時，PID調(diào)節(jié)為正調(diào)節(jié)，用比例元件p011的參數(shù)——1000來解決正反調(diào)節(jié)的問題。正常運行中，當偏差絕對值小于0.5%（35kPa）時，使用正常的比例帶=1000，積分時間=10s；當被調(diào)量與設(shè)定值存在較大偏差時，偏差絕對值大于0.5%（35kpa）時，及鍋爐RB保護動作時，馬上投入快速自適應(yīng)塊進行迅速調(diào)節(jié)。即采用變參數(shù)的方法，使用特殊的比例帶=2000，以及積分時間=10s（時間可以根據(jù)需要調(diào)整），該比例帶是個y=1.9095x+90.452函數(shù)曲線（其中y—比例帶，x—偏差）。
根據(jù)脫硫工藝系統(tǒng)的要求，在FGD裝置出現(xiàn)下列異常情況時，必須通過FGD事故系統(tǒng)程序?qū)⑴月窊醢遄詣哟蜷_：（1）FGD跳閘；（2）主機事故跳閘信號；（3）原煙氣壓力大于300Pa或小于－850Pa，延時3s；（4）原煙氣進口溫度＞
4.2 增壓風(fēng)機母線電源開關(guān)QF控制策略
在工頻運行情況下，QF開關(guān)合閘必須滿足各項脫硫系統(tǒng)工藝允許條件，如風(fēng)機靜葉全關(guān)、原煙/凈煙擋板全開等。在投入變頻運行情況下，除滿足上述條件，還需要滿足：工頻旁路QF2有分閘狀態(tài)、無合閘狀態(tài)，變頻器啟動條件滿足，無變頻器故障報警開入量等。
4.3 增壓風(fēng)機變頻啟動控制策略
變頻啟動是在QF開關(guān)已經(jīng)合閘情況下，投入變頻器運行，其控制過程為：判斷QF開關(guān)合閘，QF1、KM1開關(guān)無保護異常，自動投入0.4kV預(yù)充電電源，從移相變二次繞組對移相變及變頻器功率單元充電，檢查充電電流波形，判斷變頻設(shè)備無異常，時間持續(xù)5s，后自動合入QF1、KM1開關(guān)，變頻器上高壓電，按照運行人員預(yù)先給定頻率開始逐漸升高輸出頻率。這樣既可以避免變頻器內(nèi)部故障使得高壓上電對變頻器的損壞，同時減小移相變的勵磁涌流，還可以避免功率單元電容器的充電沖擊，有效延長電容器使用壽命。
4.4 工頻啟動控制策略
工頻啟動是在QF開關(guān)已經(jīng)合閘情況下，直接投入電機運行，其控制過程為：當變頻器不在檢修狀態(tài)時，判斷QF開關(guān)合閘，QF1、KM1開關(guān)有分閘狀態(tài)、無合閘狀態(tài)，QF2開關(guān)無保護異常；當變頻器在檢修狀態(tài)時，由運行人員在DCS畫面確認檢修狀態(tài)，邏輯上只判斷QF1開關(guān)合閘，QF2開關(guān)無保護異常。
4.5 變頻調(diào)節(jié)控制策略
DCS工切變、增壓風(fēng)機工頻狀態(tài)、旁路擋板保護開的情況下，變頻器調(diào)節(jié)投手動狀態(tài)，原煙氣壓力手動設(shè)定值將直接等于實際原煙氣壓力。DCS工切變指令發(fā)出，且工頻運行狀態(tài)消失的情況下，變頻器調(diào)節(jié)投自動狀態(tài)，增壓風(fēng)機原煙氣壓力手動設(shè)定值保持切換前原煙氣壓力。
4.6 靜葉調(diào)節(jié)控制策略
DCS工切變、增壓風(fēng)機變頻自動狀態(tài)、旁路擋板保護開的情況下，風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)投手動狀態(tài)，原煙氣壓力手動設(shè)定值將直接等于實際原煙氣壓力。DCS變切工、增壓風(fēng)機工頻狀態(tài)的情況下，風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)投自動狀態(tài):
（1）變切工過程中，當變切工指令發(fā)出時，增壓風(fēng)機原煙氣壓力手動設(shè)定值保持切換前原煙氣壓力，將增壓風(fēng)機靜葉直接關(guān)到變切工之前鍋爐風(fēng)量對應(yīng)的增壓風(fēng)機靜葉開度。
（2）工切變過程中，當工切變指令發(fā)出時，保持增壓風(fēng)機靜葉開度為切換前的開度。
（3）鍋爐RB保護動作時，在RB動作信號發(fā)出30s內(nèi)且旁路擋板處于關(guān)閉位置，將增壓風(fēng)機靜葉直接關(guān)到當前鍋爐風(fēng)量對應(yīng)的增壓風(fēng)機靜葉開度。
（4）正常工頻運行狀態(tài)下，當處于自動狀態(tài)時，通過原煙氣壓力手動設(shè)定值與實際原煙氣壓力的偏差進行PID調(diào)節(jié)。
4.7 變頻切換至工頻的控制策略
變頻切換至工頻有自動/手動兩種方式，就地變頻器發(fā)“重故障”跳閘后自動切換至工頻旁路；手動切換可由DCS發(fā)出指令，也可通過就地變頻器面板手柄操作。當變頻切換至工頻指令發(fā)出后，判斷風(fēng)機在變頻運行狀態(tài)，立即停止變頻器輸出，自動斷開QF1、KM1變頻開關(guān)，延時3s發(fā)“變頻停止”信號、合QF2工頻開關(guān)。這樣，一方面減小工頻投入時的沖擊電流，同時風(fēng)機靜葉開度在變頻器跳閘同時開始逐步關(guān)閉到鍋爐風(fēng)量對應(yīng)的增壓風(fēng)機靜葉開度，并投入自動，減小了工頻投入時原煙氣壓力及鍋爐爐膛負壓的波動。
4.8 工頻切換至變頻的控制策略
工頻切換至變頻只能通過DCS手動方式進行，DCS發(fā)出“工頻切換至變頻”指令后，判斷工頻開關(guān)QF2在合閘狀態(tài)，立即啟動變頻器，變頻器開始低壓充電，延時4.7s斷開QF2開關(guān)，5s充電完畢，自動合入QF1、KM1變頻開關(guān)，變頻器開始輸出。
在工頻切換至變頻操作時，原先擔心在風(fēng)機惰走期間失壓，導(dǎo)致原煙氣壓力反正，為此在邏輯中增加了增壓風(fēng)機靜葉自動打開60%的指令，但在試驗中發(fā)現(xiàn)此項改進有些多余，增壓風(fēng)機惰走需要3min，沒有發(fā)生預(yù)想中的失壓現(xiàn)象導(dǎo)致變頻器啟動后抽吸力過大，旁路擋板保護動作的情況。因此在熱態(tài)試驗中取消了打開增壓風(fēng)機靜葉指令。當工切變操作指令發(fā)出4s內(nèi)直接保持切換前增壓風(fēng)機靜葉開度。
4.9 脫硫增壓風(fēng)機與引風(fēng)機的協(xié)調(diào)控制
因為環(huán)保要求，很多機組都安裝了脫硫裝置，脫硫增壓風(fēng)機與引風(fēng)機一樣，都安裝在鍋爐的尾部煙道內(nèi)，這樣就必然會存在相互影響；并且脫硫增壓風(fēng)機位于靠近煙囪的煙道出口處，就必然會對引風(fēng)機的運行造成極大的影響：增壓風(fēng)機的風(fēng)門關(guān)小，引風(fēng)機的風(fēng)門就要開大，電功率就要增大，反之就會減小。
所以在兩種風(fēng)機的運行控制中就要進行協(xié)調(diào)控制：兩種風(fēng)機應(yīng)保持有相同的通流量（風(fēng)量），做到按比例同步控制。最好是兩種風(fēng)機都采用變頻調(diào)速控制，才能實現(xiàn)最好的協(xié)調(diào)控制，否則必然會影響到引風(fēng)機變頻調(diào)速的節(jié)能效果。
現(xiàn)引風(fēng)機多為靜葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機，脫硫增壓風(fēng)機多為動葉調(diào)節(jié)軸流式風(fēng)機，兩風(fēng)機在機組滿負荷運行時，風(fēng)機均可運行在各自的最高效率區(qū)內(nèi)，風(fēng)機運行效率均在85%左右。但低負荷時靜調(diào)引風(fēng)機的運行效率下降較快，而動調(diào)增壓風(fēng)機運行效率下降較慢。從目前滿負荷時增壓風(fēng)機運行工況點推算，當機組負荷降至60%時，增壓風(fēng)機的運行效率還可達70%左右。而引風(fēng)機的運行效率僅有50%左右。為此建議：當脫硫系統(tǒng)旁路門關(guān)閉且密封性好的情況下，引風(fēng)機盡可能保特在較大開度下運行， 最好在60%以上。這將造成增壓風(fēng)機入口為正壓，降低增壓風(fēng)機的壓升，減小增壓風(fēng)機開度，但其運行效率仍較高。使引風(fēng)機和增壓風(fēng)機的總耗電降低。
4.10 增壓風(fēng)機變頻改造DCS控制邏輯
增壓風(fēng)機變頻改造的DCS控制邏輯設(shè)計關(guān)鍵主要在于：
（1）變頻、工頻在同一個電氣主開關(guān)下；
（2）危急狀況的聯(lián)鎖功能；
（3）操作員順控“一鍵啟停”功能。增壓風(fēng)機3A和3B的DCS控制邏輯相互獨立并雷同，以增壓風(fēng)機3A為例的DCS設(shè)計如圖3所示。
圖3 增壓風(fēng)機變頻改造DCS控制邏輯設(shè)計總圖
圖4 IP3A變頻控制啟動控制結(jié)構(gòu)圖
4.11 設(shè)計及調(diào)試整定細節(jié)如下：
（1）每臺增壓風(fēng)機有4套相互獨立并行的順控邏輯，即為“工頻順控啟”、“工頻順控停”、“變頻順控啟”、“變頻順控停”。任一套順控實現(xiàn)“一鍵啟動”，程序啟動后閉鎖其余順控的執(zhí)行；設(shè)備所處狀態(tài)也閉鎖部分順控功能，如“已處于變頻運行狀態(tài)”將只能執(zhí)行“變頻順控停”，其余順控將閉鎖。
（2）每套順控有類似的結(jié)構(gòu)形式，以變頻順控啟動為例，順控程控軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示：
（3）無論是工頻運行還是變頻運行，只要電氣主開關(guān)QF分閘，均將導(dǎo)致增壓風(fēng)機停運。因此在保護邏輯設(shè)計上，因工況異常需要增壓風(fēng)機跳閘的在DCS內(nèi)部只需采取一個動作，即QF分閘。為保證系統(tǒng)初始位置的正確性，當DCS檢測到QF分閘信號后，（脈沖）聯(lián)鎖變頻器停運、旁路開關(guān)QF3分閘。當變頻支線或工頻支線電氣故障時，需要判斷實際運行工況，才能觸發(fā)QF分閘。如變頻器重故障或QF1綜保動作或QF2綜保動作時，必須同時不在工頻運行模式，才能觸發(fā)QF分閘。
（4）電氣主開關(guān)QF合閘允許條件同改造前；“QF已合閘”為變頻器啟動允許和QF3合閘允許的必備條件，變頻和工頻相互閉鎖，即只有QF1、QF2分閘才允許QF3合閘，反之亦然，同時如存在變頻器和QF3自身的電氣故障也不允許啟動。
（5）順控指令和操作員手動指令受允許條件的限制，保護跳閘指令無條件執(zhí)行。
（6）“QF且QF3合閘”為工頻運行狀態(tài)；“QF、QF1、QF2 合閘、且變頻器運行”為變頻運行狀態(tài)。這兩個狀態(tài)信號任一個為“1”則表示增壓風(fēng)機運行，全為“0”則表示增壓風(fēng)機停運。由于這樣的組合信號過于繁瑣，實際僅用于狀態(tài)顯示和允許限制。
（7）為保障機組安全，增加事故工況聯(lián)開脫硫煙氣旁路擋板條件如下：
①電氣主開關(guān)QF已分閘（脈沖）；
②電氣主開關(guān)QF或變頻器輸出電流大于190A；
③電氣主開關(guān)QF合閘且QF電流小于5A（脈沖）。
雖然邏輯設(shè)置上所有保護都集中于QF，為了防止下線開關(guān)的偷跳設(shè)置了第③條，而增壓風(fēng)機啟動階段旁路擋板須處于開位，與此并不矛盾。另外為防止運行人員誤操作將變頻器和QF3的單操功能取消，正常時只能通過順控啟停系統(tǒng)，異常時運行人員可將QF緊急分閘。
（8）增壓風(fēng)機的變頻自動相對簡單，變頻和導(dǎo)葉只是風(fēng)機出力調(diào)節(jié)的不同方法。因此頻率調(diào)節(jié)自動回路設(shè)計與導(dǎo)葉調(diào)節(jié)幾乎是雷同的，都是單PI調(diào)節(jié)器加上風(fēng)機平衡回路（圖略）。因主機爐膛負壓自動系統(tǒng)的存在，頻率調(diào)整范圍不受過程工況的限制，因電氣設(shè)備特性需要將頻率自動調(diào)整范圍確定為20Hz～48Hz。在實際調(diào)試中，因頻率調(diào)節(jié)的靈敏度高于導(dǎo)葉，將PI 中的增益和積分作用都適當減緩，最終整定PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為（P-0.3；I-45）；對應(yīng)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)參數(shù)為（P-0.5；積分時間I-30），增壓風(fēng)機入口負壓動態(tài)偏差為±40Pa，穩(wěn)態(tài)偏差為±15 Pa。
由于脫硫增壓風(fēng)機是兩臺并列運行，變頻系統(tǒng)較為復(fù)雜，采用順序控制變“被動聯(lián)鎖”為“主動聯(lián)鎖”，可有效避免信號失效帶來的拒動。
5 增壓風(fēng)機變頻改造應(yīng)注意的幾個問題
5.1工頻旁路閉鎖設(shè)計
為保證脫硫系統(tǒng)運行可靠性必須設(shè)置自動工頻旁路，但設(shè)計中必須引起重視的問題就是防止工頻、變頻出口開關(guān)由于誤操作而并列運行，兩個不同頻率的系統(tǒng)并列運行將造成整個變頻系統(tǒng)的損壞。
為此，除了在DCS自控程序、變頻器PLC程序中需判斷并采用工頻、變頻運行狀態(tài)閉鎖及開關(guān)位置狀態(tài)閉鎖，還應(yīng)在工頻、變頻出口開關(guān)的操作回路中采用硬接線閉鎖。即KM1開關(guān)在QF2開關(guān)分閘狀態(tài)才允許合閘，當QF2開關(guān)在工作位置合閘狀態(tài)則直接跳KM1開關(guān)；對QF2開關(guān)則反之。
5.2 變頻系統(tǒng)保護的配置
從高壓變頻系統(tǒng)繼電保護的配置與定值整定分析可知，在工頻運行情況下，電動機及出線電纜的保護由QF2的保護裝置來實現(xiàn)；在變頻運行情況下，電動機作為高壓變頻器的負荷與廠用母線隔離，電動機及出線電纜的保護轉(zhuǎn)由高壓變頻系統(tǒng)控制器實現(xiàn)；變頻器各功率單元分別由移相變壓器低壓側(cè)各獨立的三相繞組供電，各繞組的保護由功率單元實現(xiàn)；移相變高壓側(cè)繞組及進線電纜的保護則由QF1保護裝置來實現(xiàn)。而母線側(cè)電源開關(guān)作為工頻、變頻運行工況均需投運的設(shè)備。其保護配置只需要考慮母線側(cè)出線電纜短路、接地故障，同時作為移相變、電動機保護的后備保護，在QF1、QF2開關(guān)拒動的情況下保護動作跳閘。
母線電源開關(guān)保護定值一般按照電動機來整定，定值在不同運行方式下無法實現(xiàn)自動切換，使得變頻運行時保護靈敏度很難滿足要求，尤其對于配備縱差保護的電機，變頻工況需要退出該保護，否則易誤動。所以，若采用自動工頻旁路設(shè)計，建議采用圖2系統(tǒng)配置，若采用手動工頻旁路設(shè)計，則在設(shè)備投運前必須注意將微機保護裝置根據(jù)工頻、變頻運行工況進行保護的投退及其定值的切換。
5.3 變頻器瞬停保護設(shè)計
由于機組6kV廠用母線均帶有給水泵電機，大機組給水泵電機功率相當大，一般在5000kW以上，在給水泵聯(lián)鎖啟動時，母線電壓均跌落至80%以下，根據(jù)泵啟動后帶負荷的情況，電壓跌落持續(xù)時間可能維持10～20s，因此變頻器瞬停保護對保證風(fēng)機的持續(xù)運行非常重要。
電壓型變頻器功率單元由于有大容量的高壓電容器作為整流濾波環(huán)節(jié)，而該電容具有一定的儲能作用，在輸入完全掉電情況下能夠維持輸出一段時間，在裝置內(nèi)濾波電容越大、負荷運行頻率越低、輸出功率越小則可維持的時間越長。一般變頻器可承受-30％電源電壓下降和5個周波電源喪失。具體瞬停（低電壓）時間根據(jù)電機定、轉(zhuǎn)子的參數(shù)頻率特性、電機最低運行頻率來計算確定。
變頻器動力電源瞬時斷電再上電一般有兩種不同情況，如果斷電時間在100ms（即5個周波）之內(nèi)，沒有任何影響，變頻裝置連續(xù)運行；如果斷電時間在100ms～“瞬停（低電壓）時間”之內(nèi)，變頻器發(fā)“輕故障”信號，執(zhí)行瞬停重啟過程。如果斷電時間超過瞬停（低電壓）時間，變頻器發(fā)“重故障”信號，在“變頻運行”信號延時保持時間內(nèi)，自動切換至工頻旁路；若超過保持時間，則不再切換至工頻，風(fēng)機停運。
5.4 增壓風(fēng)機、電機軸承潤滑問題
由于增壓風(fēng)機為低轉(zhuǎn)速、低壓頭、大流量風(fēng)機，軸徑較大，電機極對數(shù)多為10、12極，因此在調(diào)試中有兩個問題需要注意：一是工頻切換至變頻時，盡可能減小電機惰走時間，防止變頻器投入時因過流而跳閘。在原設(shè)計中，工頻開關(guān)斷開后1s再投入變頻器，后調(diào)整為0.3s。二是變頻器最低頻率限制應(yīng)根據(jù)風(fēng)機、電機軸承潤滑方式所決定的低轉(zhuǎn)速情況下軸承潤滑能力來確定。風(fēng)機及電機采用脂潤滑，其潤滑能力受電機轉(zhuǎn)速的影響相對較小；若采用油潤滑方式，特別是油環(huán)潤滑將會因電機轉(zhuǎn)速降低，油環(huán)帶油情況明顯變差，使得軸承無法良好潤滑，軸承溫度升高；若采用壓力供油潤滑，靠潤滑泵的壓力向軸承供油，將從軸承流出的潤滑油回收到油池循環(huán)使用，則能有效解決低轉(zhuǎn)速下軸承潤滑問題。
