一次风机变频调速时实现RB功能的方案

1、    一次风机变频调速时实现RB功能的方案目前，我国电站锅炉风机，特别是一次风机在运行中普遍存在耗能高、噪音大的问题。华北电网已有多家电厂在已建机组和新建机组离心式一次风机上应用变频调速器。风机变速调节后，风机耗功降低、运行效率提高、厂用电率降低，节能效果显著，但有些改造项目出现新的问题：如在机组大负荷时发生“抢风”现象；一次风机电机前侧轴承过热、损坏；一次风机RB时造成变频器过负荷保护动作继而导致机组MFT动作，严重影响了风机及锅炉的安全、目前，我国电站锅炉风机，特别是一次风机在运行中普遍存在耗能高、噪音大的问题。华北电网已有多家电厂在已建机组和新建

2、机组离心式一次风机上应用变频调速器。风机变速调节后，风机耗功降低、运行效率提高、厂用电率降低，节能效果显著，但有些改造项目出现新的问题：如在机组大负荷时发生“抢风”现象；一次风机电机前侧轴承过热、损坏；一次风机RB时造成变频器过负荷保护动作继而导致机组MFT 动作，严重影响了风机及锅炉的安全、经济运行。针对一次风机RB的思考：相同的一次风机，为什么采用入口挡板调节时一次风机RB成功实现了，而变频调速改造后一次风机RB却失败了？如何抑制RB后一次风压大幅下跌？如何控制RB后汽温急剧下降？机组RB时采用定压方式好还是滑压方式好？一、机组快速甩负荷的含义机组快速甩负荷（RB或RunBack

3、）的含义：机组的主要辅机，如一次风机、送风机、引风机、空气预热器及锅炉汽动给水泵、炉水循环泵等，有一台发生故障时，协调控制系统（CCS）快速发出，按一定幅度减少机组实际负荷的指令。通过锅炉、汽机主控制器分别对燃烧、给水、汽温以及汽机DEH等控制调节系统进行调整，使机组的负荷及相关参数最终达到单台辅机的能力工况，以保证安全运行。RB属机组的安全功能之一，为实现RB功能，要求CCS和BMS 两大控制系统协调动作。除一次风机的RB指令由BMS本身发出之外，其余的RB指令均由CCS发出，RB的逻辑示意图见图1。RB模块根据其内部设定的降负荷速率及目标负荷指令动作，锅炉负荷按预定的速率降低，燃

4、料量的减少除由燃料调节器调节外，还由BMS系统按一定逻辑停相应的给煤（粉）机，或投相应的油枪共同配合完成。RB过程中，机前压力由汽机自动控制。当BM S 接受RB指令后，首先发出报警信号并送出数据记录（DL）信号到数据采集系统（DAS）。与此同时，停掉最上面一层运行的磨煤机。接着，由CCS降低各运行层给煤机转速，在F层煤粉停掉10s后，如RB命令继续存在，则BMS停止E层磨煤机，而CCS继续降低给煤机转速。10s过后，如RB指令仍然存在，则BMS将D层磨煤机停掉，最后保留A、B、C三层磨煤机运行。单台送、引风机事故跳闸后，同侧的引、送风机通过联锁而自动跳闸停运。若D、E、F

5、三层磨煤机停掉后RB指令依然存在，则表明另一台功能相同的辅机亦出故障，其结果导至MFT动作。二、一次风机变速调速时实现RB功能能否实现一次风机RB功能，需考虑以下两点因素。1一次风机及其系统设备特性（1）单台一次风机的参数和裕度大型机组，单台一次风机一般按50%机组负荷设计。设计容量越大，对实现一次风机RB功能越有利，但对节能不利。风机设计裕度过大，会造成一次风机单耗过大，特别是采取挡板调节时，大量能量白白浪费在风机节流损失上；即使采取变频调速，选用过大的压头和流量裕度，也会造成低负荷时，风机运行在风机性能曲线最高点的左侧，导致风机并联困难，两台风机发生“抢风”现象。单台一次风机带负荷能力还应

6、从减少空气预热器漏风；改进一次风系统管道和风门；完善热控联锁保护逻辑几方面入手，采取对策。（2）系统漏风采用正压直吹式制粉系统的电厂，普遍反映一次风机RB成功得不多，单台一次风机带负荷能力不足，常导致全部磨煤机跳闸或MFT动作。究其原因，往往不是选型小，而是系统漏风严重，这是问题的根本原因所在。一次风机RB过程中，单台一次风机运行时，负荷逐渐降低，空气预热器（下称空预器）漏风会不断增大；运行磨煤机台数系统切换过程中，一次风系统管网阻力发生变化，一次风走捷径，通过两台空预器及一次风联络门旁路大量的风量，跳闸风机入口反窜出大量漏风。一次风管道漏风对一次风管道中的人孔、法兰等处进行查漏，消除漏点，减

7、少漏风量。必要时对制粉系统进行打压、烟雾弹查漏。空预器漏风影响空预器漏风的因素有一次风压、烟气温度、制造工艺等。空预器漏风率与一次风漏风率属不同概念，前者是指一、二次风总的漏风情况，三分仓回转式空预器，其设计漏风率一般为6%10%。其中一次风漏风量占总漏风量的绝大部分，高达80% 以上。低负荷时一次风漏风率占总一次风量的30%40% ，或更高。空预器的漏风率作为机组达标投产的一项主要考核指标，在投产初期，一般都能达到。而在机组长周期运行中，则普遍存在漏风率超标现象。空预器密封间隙增大与空预器低温腐蚀以及转子变形、密封片磨损等因素密切相关。随着机组负荷的不断降低，一次风系统漏

8、风率呈增加趋势；相同负荷下一次风漏风率与运行方式有关，如运行一次风风压、磨煤机运行台数等因素。空预器堵灰会增加一次风系统管网阻力，限制风机的出力。（3）未投运磨煤机RB逻辑中没有考虑未投运磨煤机的通风情况，仅跳闸上层运行磨煤机，只保留运行磨煤机中下层23台磨煤1）一次风机出、入口门风机出、入口门严密性差；一台风机运行，另一台停运抢修或启动时风机反转，造成风机启动困难。在一次风机采用变频调速时，此现象更突出。为消除此不利因素，建议一次风机出口加装气动严密速断门或止回门。风机出、入口门关闭时间长：如某600MW机组一次风机出口、入口挡板关闭时间长，分别为65s、95s，事故跳闸的一次风机停运中，从

9、风机入口反窜大量漏风。将一次风机出口挡板改为气动速关门，而且必须关闭严密。这是保证一次风压迅速恢复正常，一次风机变频器不跳闸的最有效手段。风机出口截止门逻辑中，应设计为“风机跳闸应无延时联锁关，风机启动时不联锁开”。有利于风机跳闸和并列时防止反窜漏风现象发生。防止反窜漏风的另一项措施是跳闸风机出口的调温风门在RB触发后联锁关闭，减少一次风回流。2）空预器的一次风机侧进、出口挡板有经验的运行人员，在发生一次风机RB情况下，如若一次风压降得太低，适时将跳闸侧的烟道上空预器的一次风机侧进、出口挡板关闭，尽快地建立一次风压，维持炉内正常燃烧，可以有效地防止锅炉灭火。因此“空预器运行时一次风机侧进出口挡

10、板禁关”这一条是不可取的，应设计为“关允许可操作”，以为运行调节提供方便和手段。3）冷一次风管道及其联络门此联络风门建议在两台风机运行时，处于严密全关位；RB逻辑中，应设计有联锁关风门的逻辑。一次风机RB成功后，再根据需要考虑是否打开。现在已有许多新建机组业已取消一次风机出口联络风道及联络风门。对于托可托电厂一期600MW机组一次风机出口设计有联络风道但没有设计联络风门，在其对一次风机变频改造后存在隐患，建议增加一次风联络风门，机组启动时在全关位，机组一次风机RB后待一次风压稳定后，根据停运一次风机侧空预器排烟温度情况打开此门对空预器进行冷却。1）一次风机出、入口门风机出、入口门严密性差；一台

11、风机运行，另一台停运抢修或启动时风机反转，造成风机启动困难。在一次风机采用变频调速时，此现象更突出。为消除此不利因素，建议一次风机出口加装气动严密速断门或止回门。风机出、入口门关闭时间长：如某600MW机组一次风机出口、入口挡板关闭时间长，分别为65s、95s，事故跳闸的一次风机停运中，从风机入口反窜大量漏风。将一次风机出口挡板改为气动速关门，而且必须关闭严密。这是保证一次风压迅速恢复正常，一次风机变频器不跳闸的最有效手段。风机出口截止门逻辑中，应设计为“风机跳闸应无延时联锁关，风机启动时不联锁开”。有利于风机跳闸和并列时防止反窜漏风现象发生。防止反窜漏风的另一项措施是跳闸风机出口的调温风门在

12、RB触发后联锁关闭，减少一次风回流。2）空预器的一次风机侧进、出口挡板有经验的运行人员，在发生一次风机RB情况下，如若一次风压降得太低，适时将跳闸侧的烟道上空预器的一次风机侧进、出口挡板关闭，尽快地建立一次风压，维持炉内正常燃烧，可以有效地防止锅炉灭火。因此“空预器运行时一次风机侧进出口挡板禁关”这一条是不可取的，应设计为“关允许可操作”，以为运行调节提供方便和手段。3）冷一次风管道及其联络门此联络风门建议在两台风机运行时，处于严密全关位；RB逻辑中，应设计有联锁关风门的逻辑。一次风机RB成功后，再根据需要考虑是否打开。现在已有许多新建机组业已取消一次风机出口联络风道及联络风门。对于托可托电厂

13、一期600MW机组一次风机出口设计有联络风道但没有设计联络风门，在其对一次风机变频改造后存在隐患，建议增加一次风联络风门，机组启动时在全关位，机组一次风机RB后待一次风压稳定后，根据停运一次风机侧空预器排烟温度情况打开此门对空预器进行冷却。目前设计RB逻辑中保留的运行磨煤机，没有考虑隔层燃烧情况，修改为“保留运行磨煤机中下层相邻煤层”对燃烧稳定更为有利，某些煤层组合隔层燃烧时（如A、C、D、E、F煤层满负荷运行，RB时，相继F、E、A煤层跳闸，只保留C、D煤层），也有抑制汽温急剧下降的作用。所以RB逻辑中若设计有自动投油助燃逻辑（其原因在于单台一次风机不能带两台磨运行），则既保证一层磨煤机的燃

14、烧稳定，同时又可以防止全炉膛MFT动作，即在任一台一次风机跳闸后，可立即自动投入油枪助燃。1）一次风压控制一次风机自动调节的一次风压指空预器后热一次风母管压力。控制一次风压定值是，锅炉负荷或运行中单台磨煤机最大煤量的函数关系，随着锅炉负荷或煤量增大而增大。压力定值由于制粉系统阻力不同而变化，最小定值一般比制粉系统设计阻力大1 kPa，减少了一次风机的电耗及空预器的一次风漏风；通过运行优化，降低一次风压，一次风系统漏风率有所降低，空预器漏风率呈下降趋势。高值则是以磨煤机风量和风温调节门有调节裕度，磨煤机及其管道不堵煤不积粉为原则所对应的风压。FSSS系统的逻辑修改：在RB发生的情况下，

15、延时联锁跳所有的未启动的磨煤机并且联锁关所有未启动磨煤机的进出口风门，这样可以防止风量从停运的磨煤机中流失、一次风压降低。或者当任一台一次风机跳闸及对应磨煤机O FF 信号均存在时，关闭对应磨煤机冷、热风调节挡板，这样可以防止风量从停运的磨煤机中流失。2）提高一次风系统稳定性磨煤机一次风量低时，原跳磨煤机的逻辑改为跳给煤机，或者取消风量低保护，防止因风量测量管堵粉保护误动，提高系统稳定性。一次风与炉膛差压低低时，原一个逻辑开关动作跳所有磨煤机，宜改为一次风与炉膛差压低三取二信号与该磨煤机风量低相“与”后跳磨煤机，提高了可靠性。（2）汽温控制回路RB逻辑设计为在很短时间内，切

16、除上层磨煤机，燃料量骤降，导致燃烧强度降低和燃烧中心下移，引起汽温、汽压的急剧下跌。大多数电厂RB时，主汽温度急剧下降2030，若减温水未及时切掉，主汽温度甚至跌到480，严重威胁着机组的安全运行。因此这种情况下可以在主、再汽温的控制逻辑中加入RB触发信号的脉冲信号，直接强关（适当延时）汽温调节门。是否联锁关闭减温水电动门则根据现场实际情况而定。控制得当RB时过热汽温控制在520左右。RB逻辑设计有，当RB触发时联锁停止锅炉本体吹灰器（特别是炉膛吹灰器）；联锁关调门前后隔离阀，减少漏流等措施对汽温控制也是有利的。（3）压力控制回路RB触发后，机组从协调控制方式自动切换至机跟炉协调方式或机跟随方

17、式，汽机调节主汽压力。压力控制方式有定压、滑压两种。RB工况时，若采取定压方式则存在锅炉热容量骤减、定值较高的情况。此时汽机调门势必关得过小，同时可能造成汽压过高，锅炉上水困难，机组有可能因汽包水位低而M FT 动作，影响机组安全和经济性。滑压运行相对于定压方式而言，相同目标负荷下可以使主汽温不至于下降太多。所以大多数电厂，RB工况采用滑压方式。但RB时滑压曲线压力不可降得太低，否则会造成汽机主调门关得缓慢，RB过程延长；同时压力变化过大，会造成由于汽包压力波动而引起的水位波动及虚假水位现象，不利于机组的安全运行。RB发生后，CCS若切至汽机跟随方式运行，主汽压由调门控制，

18、同时负荷的下降速度受调门动作的影响很大，这就要求在RB过程中主汽压设定值的降压速率要与炉侧燃烧特性一致。由于锅炉蓄热量大，RB刚开始一段时间内，负荷下降缓慢，主汽压下降较少，随后，由于燃料大幅度减少的作用，主汽压大幅度下降，调门快速关闭以维持汽压，这样容易造成负荷的过调。建议RB后联锁将运行方式切至机跟炉协调方式，这样对稳定负荷有利。但对于热电厂建议采用机跟随方式，RB过程是否结束应以锅炉指令下降到目标值为准，而不能以机组有功功率降至目标值为标志。分析一次风机RB失败原因得出，当从ECR工况被迫迅速调整为50% 能量工况时，锅炉蒸发量大大减少，汽包压力渡过其惯性时间（约10s）后迅速

19、下降，由于下降速率过大，使水位产生动态扩容现象，从而造成水位高保护动作。因此，实现该RB工况的关键点就是必须限制汽包压力降速率在一个合理安全的范围内。由于汽包压力与主汽压力存在单值对应关系，限制了主汽压降的速率。经过对ECR 工况附近水位动态扩容分析计算，以及运行经验数据表明，当主汽压降速率不大于1MPa/min 时，水位动态扩容较弱，其虚假水位幅量较小。滑压速率不大于0.5MPa/min 时，对于300MV和600MV机组RB滑压曲线降压幅度一般设为16.514.5M Pa。（4）辅机控制回路当单侧辅机故障跳闸后，联锁跳掉同侧某些辅机，以保证机组参数的

20、相对稳定。增加必要的超驰控制和前馈控制。RB触发初期，控制量偏差大，导致调节品质恶化，也会引发运行工况的恶化，甚至跳机。增加必要的超驰控制和前馈控制，抑制调节量和设定值的偏差增大趋势，有助于闭环调节品质。如果仅依靠偏差进行调节，势必由于受调节器速度的限制，执行机构来不及动作，引起RB初期运行工况的不稳定；在快速减燃料的同时，采取适当的前馈量，确保负荷、煤量、水量、风量等的迅速平衡。根据调节对象执行机构的响应时间来确定选用PID调节还是超驰（或OVATION平衡块的指令叠加）调节等手段。对于一次风机如果采用入口调节挡板调节，其全行程时间长，一般在6090s，响应时间较长，采用跳闸风机指令叠加在运行风机上，并按一定速率释放至执行机构，实践证明此法行之有效、可靠；而对于采用双级动叶调节或变频调节的一次风机，其全行程时间长，一般在1015 s，响应时间较快，若采用指令叠加的平衡块调节，可能导致一次风机调节机构动作过快而导致电机过流保护动作。因此一次风机双级动叶调节或变频调节时，一次风压偏差宜采用PID调节器控制。为有效防止一次风机RB电机和变频器过流或过载保护动作，设计电机或变频器超电流闭锁增输出指令逻辑也切实可行。由于一次风系统阻力不同，其出力也不尽相同，因此根椐单台风机带50% 负荷出力试验来确定挡板或动叶开度和转速来限制一次风机调节指令上限的方法不够