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給粉變頻器控制與鍋爐的安全經濟運行

文檔作者：韓放陳昕文檔來源：國電集團吉林熱電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月10日
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熱電技術 2007年第3期(總第95期)
給粉變頻器控制與鍋爐的安全經濟運行
韓 放，陳 昕
(國電集團吉林熱電廠，吉林吉林132027)
摘要詳細分析了給粉變頻器在吉林熱電廠的應用情況、
控制方式和隱患，提出解決辦法，為運行維護人員提供了應
用經驗。
關鍵詞 變頻器備用操作器
l 前言
隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻器以其調速精
確、使用簡單、保護功能齊全等優(yōu)點逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的
調速控制裝置，在火電機組燃燒系統(tǒng)給粉控制中得
到廣泛應用。對于不同型號的變頻器，其本身的固
有特性、相應的控制方式和參數(shù)設置決定了變頻器
對給粉電機的可控性，直接影響燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運
行，異常情況下有可能造成鍋爐的滅火，在鍋爐運行
的安全性和經濟性方面起著至關重要的作用。
國電集團吉林熱電廠的制粉系統(tǒng)是儲倉式系
統(tǒng)，采用鋼球式磨煤機，送粉采用乏氣送粉或熱風送
粉。給粉量隨負荷及工況變化而改變，而改變給粉
量的手段是通過改變給粉機的轉速來實現(xiàn)。給粉變
頻器有三種型號，全部為ABB公司產品，分別為
ACS501型18臺，ACS401型102臺，ACS510型l0
臺，功率全部為4kW。給粉電機為380VAC三相交
流異步電動機K3XP一8型，功率3kW。給粉電機原
來采用的是滑差調速控制的方式，能耗高，精度差，
電機和控制器容易燒損。改進為變頻控制后，安全
性和經濟性都有顯著提高，變頻器的過流、過壓、欠
壓、堵轉、接地、電源缺相保護有效地減少了電機和
控制器的備件損耗。變頻器的控制精度提高減小了
煤耗，節(jié)能功能減少了電耗，基本免維護，使用年限
超過l0年，全廠年度可節(jié)約各項費用合計1340余
萬元。
2 變頻器的不同控制方式和問題分析
為方便運行人員的操作，給粉變頻器正常運行
狀態(tài)下采用遠程控制啟停和增減模擬量給定信號改
變轉速的方式。DCS系統(tǒng)控制的變頻器還有備用操
． ．．— — 34 ．--——
作器，每臺變頻器對應有一個啟停按鈕，模擬量給定
信號采用層操的方式。
2．1 現(xiàn)場變頻器的啟停方式
2．1．1 兩線制長電平啟停信號
參數(shù)設定為標準宏，電平信號失去則變頻器停
止，存在則啟動。此種控制方式的優(yōu)點是簡單可靠，
適用于非集中控制的獨立回路，缺點是啟動和停止
使用一個回路控制，需要長期給變頻器一個穩(wěn)定可
靠的接點信號，一旦接點出現(xiàn)信號傳輸異常，變頻器
啟停就會出現(xiàn)不可控的情況。
2．1．2 三線制脈沖啟停信號
參數(shù)設定為三線宏，啟動和停止脈沖信號接點
相對獨立。啟動脈沖接點為常開接點，停止脈沖接
點為常閉接點。啟動脈沖信號發(fā)出后，變頻器啟動，
在停止脈沖的常閉接點斷開后變頻器才會停止。此
種控制方式優(yōu)點是啟動脈沖發(fā)出后，變頻器運行不
再受啟動指令控制，只受停止命令脈沖的控制，適用
于集中控制并有聯(lián)鎖保護的DCS系統(tǒng)，缺點是一旦
DCS系統(tǒng)死機，出現(xiàn)各種指令上傳下達失效的情況，
變頻器不受控，一般采用在停止回路中串連手動強
停按鈕來解決停止問題。
2．1．3 長電平和脈沖啟停信號混用
局限于有備用操作器的DCS控制系統(tǒng)。參數(shù)設
定為自動／手動宏，脈沖啟動的方式用于DCS回路，
長電平的控制方式用于備用操作器。此種方式的優(yōu)
點是可以在DCS系統(tǒng)運行異常的情況下控制變頻器
的運行，缺點是使控制回路復雜，增加危險環(huán)節(jié)，針
對不同型號的變頻器可能造成功能不適用。
2．2 模擬量給定信號
模擬量給定信號一般選用4—20mADC信號或0
～ 10VDC信號。由于備用操作器給定采用的是層操
的方式，所以只能選定0～10VDC信號作為手動(備
用)控制方式下的給定信號，這樣就造成一個切換問
題，即由變頻器由自動(DCS控制)切換至手動(備用
手操)時，既切換開關量，又切換模擬量。
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韓放等：給粉變頻器控制與鍋爐的安全經濟運行
3 運行中常見的異常情況分析
3．1 控制回路異常
控制回路異常主要發(fā)生于DCS系統(tǒng)局部或全部
死機的情況，運行人員根據(jù)常規(guī)儀表顯示的重要參
數(shù)，用給粉變頻備用手操器操作的控制燃燒，通過其
它手操器控制其它重要參數(shù)運行，可以為維護人員
贏得處理問題的時間。
3．2 負載過大與過流保護動作
運行中的給粉機在負載側有機械裝置，經常會
發(fā)生異物卡澀造成的負載瞬間增大的現(xiàn)象，堵轉保
護和過流保護就會動作，變頻器就會報警跳閘。在
啟動過程中，如果負載過大，變頻器過流保護直接動
作，會出現(xiàn)給粉機啟動不了的現(xiàn)象。
3．3 給粉電源電壓波動
給粉電源的電壓波動有多種原因。如給粉電源
切換，突然啟動大負載的設備，系統(tǒng)沖擊，電源接地，
雷擊等。一般情況下，給粉電源電壓波動都在幾秒
鐘之內。
3．4 干擾問題
變頻器本身的抗干擾能力較強，自身的干擾也
解決得很好，主要的干擾體現(xiàn)在模擬量給定信號上。
4 對鍋爐安全經濟運行影響的分析
4．1 備用操作器的問題
現(xiàn)場使用的備用操作器，存在以下隱患：
a． 由于只有1對常開接點，既是啟停信號，也
是變頻器的自動／手動切換信號。對于固有特性為
自／手動切換指令優(yōu)先的變頻器，如ACS510型，當自
動(DCS控制)設置為脈沖啟停方式時，就會造成手
動(備用操作)停止不好用，原因是由長電平信號切
換到脈沖方式后，必須發(fā)停止脈沖才能停止變頻器。
對于固有特性為啟停指令優(yōu)先的變頻器，如ACS501
型則情況相反，變頻器會立即停止。
b． 所有開關量共用同一顆公共線，將所有16
臺變頻器自身的24VDC電源并接到了一起，使其互
相影響，容易造成事故擴大。
c． 模擬量采用0～10VDC電壓信號，抗干擾
能力差，一旦失效將失去一層火焰，不利于鍋爐安全
運行。
4．2 給粉電源欠壓，變頻器低電壓跳閘
排除異常災害，給粉電源切換狀態(tài)下，電壓欠壓
在0．5s～1 s之間，幅度在45％ ～100％ 之間，變頻器
的平穩(wěn)過渡是必須解決的問題。如果變頻器停運，
很可能造成鍋爐滅火，汽機甩負荷，造成巨大的經濟
損失。以下是ABB變頻器在電源欠壓狀態(tài)下的試
驗步驟，試驗數(shù)據(jù)見表1。
a． 將三相調壓器及變頻器正確連接至相應給
粉電機控制回路內，完全模擬現(xiàn)場實際。經檢查正
確無誤后，對調壓器及變頻器送電，設置變頻器啟動
參數(shù)及各項功能參數(shù)。
b． 用萬用表測量變頻器正常輸入電壓，記錄
此電壓值為380V。
c． 保持變頻器輸入電壓為正常值380V，通過
變頻器控制面板啟動給粉電機。設置變頻器頻率給
定值為26．7Hz(最低頻率)，記錄給粉電機轉速值、
電機電壓值、電機電流值等運行參數(shù)。
d． 調節(jié)三相調壓器，使變頻器輸入電壓逐漸
降低至350V，此狀態(tài)保持15min。觀察給粉電機實
際運行狀況，用測速表測量電機實際轉速值，記錄。
e． 調節(jié)三相調壓器，使變頻器輸入電壓逐漸
降低至變頻器欠壓保護動作報警值。此狀態(tài)保持
15min。觀察給粉電機實際運行狀況，用測速表測量
電機實際轉速值，記錄。
f． 調節(jié)三相調壓器，使變頻器輸入電壓降低至
變頻器欠壓轉速開始下降的臨界電壓值。觀察給粉
電機轉速開始下降，記錄。
g． 調節(jié)三相調壓器，使變頻器輸入電壓降低
至變頻器欠壓保護動作值，變頻器跳閘。觀察給粉
電機停車，記錄。
h． 調節(jié)三相調壓器，逐漸恢復變頻器輸入電
壓，觀察給粉電機實際運行狀況，用測速表測量電機
實際轉速值，記錄。
表1 ABB變頻器在電源欠壓狀態(tài)下的試驗數(shù)據(jù)
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，說明在低電壓狀態(tài)下，ABB的變
頻器的特性比較軟，帶負載能力很差，如果發(fā)生電壓
一35 —
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熱電技術 2007年第3期(總第95期)
過低，或者電源切換，很容易造成鍋爐滅火。
i． 模擬量給定信號的干擾
0—10VDC電壓信號本身容易受到干擾飛升，會
造成變頻器的轉速瞬間升高。給定信號與反饋信號
偏差大報警，主汽壓力自動監(jiān)控切手動，連帶協(xié)調和
AGC功能切除，甚至會造成安全門保護動作，后果嚴
重
5 解決辦法
5．1 備用操作器的改進
a． 增加備用操作器，單臺手操器對應單臺變
頻器，模擬量采用一對一方式；使自動／手動切換和
啟停指令的回路獨立；增加控制線路，取消開關量的
共地方式；更改的運行方式。
b． 取消備用操作器。根據(jù)對多家電廠的調
研，DCS控制方式下，采用脈沖的啟停方式是一種慣
例，只需在停止回路中增加一個強停開關即可滿足
安全的鍋爐需要。
5．2 變頻器的低電壓跳閘的解決方案
ABB三種型號的變頻器都不能滿足電源欠壓的
實際情況要求，必須要選擇在大幅度失壓條件下仍
能正常：亡作的變頻器。經過大量的市場調研和相關
的試驗論證，施耐德ATV71變頻器具備超低電壓運
行性能，輸人電壓下降到額定電壓的50％時仍能正
常工作，遠遠優(yōu)于同類的其他變頻器產品，其它類別
變頻器產品在人口電壓低于額定電壓85％ 時，均已
不能正常運行工作。施耐德ATV7 1變頻器經過現(xiàn)場
帶載試驗，變頻器輸入電壓下降到202V時，變頻器
仍能連續(xù)長時間穩(wěn)定運行，由于電源側的擾動幅度
一般情況下不會超過55％ ，因此采用施耐德A Ⅳ71
變頻器能夠有效解決變頻器低電壓跳閘的隱患。
5．3 信號干擾的解決方案
a． 電源電纜與控制電纜分開敷設，盡量避開
勵磁系統(tǒng)等大的干擾源。
b． 安裝時信號電纜的屏蔽必須經過細致處
理，電源地和信號地，分別引到電氣接地網的接地
點，保證單點接地，接地電阻不大于211。
e． 取消0—10VDC信號，全部采用4—
20mADC信號，電流信號抗干擾能力明顯優(yōu)于電壓
信號。
6 結束語
a． 鍋爐給粉機應用變頻器節(jié)能效果顯著，實
現(xiàn)給粉量的調節(jié)，進而實現(xiàn)了鍋爐負荷的調節(jié)的適
用性很高，目前全部采用此種形式。運行中廠用電
壓異常波動是不可避免的，由此造成給粉機變頻器
低電壓跳閘，鍋爐滅火其損失是巨大的，而當前變頻
器不能達到基本要求，需要解決。
b． 備用手操的使用率非常低，五年來只使用
過一次，而其帶來的隱患是很多的，同時增加了運行
人員誤操作的可能性，反而不利于安全，應及時予以
解決。
e． 現(xiàn)場的控制方式多樣，不利于維護，應盡量
予以統(tǒng)一。
(上接第26頁)
k． 注意第一臺磨煤機的投用負荷：為保證煤
種著火穩(wěn)定，建議在機組負荷帶到20—25％BMCR
后再投用第一臺磨煤機的投用，且推薦投用上位磨。
4 結束語
采用日本BHK公司技術的超臨界參數(shù)變壓直
流燃煤鍋爐在啟動初期主汽溫度偏高是此類型鍋爐
普遍存在的問題，而啟動初期主汽溫度偏高的原因
是多方面的。采用以上所述的調整措施，大體解決
了啟動初期主汽溫度偏高的問題。另外，此類鍋爐
的燃燒器在啟動油槍的根部風設計上有明顯的缺
陷，對鍋爐啟動初期燃燒帶來嚴重的影響，而且增加
了運行人員的運行調整難度。若將根部風改為二次
風，便可改善其運行情況。
參考文獻
1．樊泉桂，閻維平．鍋爐原理[M]．中國電力出版社，
20o3
2．黃新元．電站鍋爐運行與燃燒調整[M]．中國電力出
版社，2002

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