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国臣观点:火电厂给粉变频改造岂能因“噎”废食

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行业资讯
2018/10/26
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  概述:针对目前多数火电厂因为给粉机变频器在电网晃电时低压保护跳闸,引起锅炉灭火,MFT联跳,引起非计划停炉等现状,分析了原火电厂滑差电机调速的缺陷以及现有变频调速的优势及所面临的主要问题,结合直流支撑技术,提出了国臣SGS炉膛安全给粉控制系统的解决方案,可有效解决现有给粉变频调速所面临的问题。
  
  关键词:滑差电机、给粉机、变频器、晃电、低压保护、备自投切换、直流支撑、SGS、安全连锁。
  
  笔者从最近召开的全国火电大机组(300MW)竞赛第36届年会上获悉,有很多火(热)电厂因为给粉机变频器低压跳闸问题无法解决,竟将现有的变频调速系统重新换回原先的滑差调速系统。在当前全国节能减排的大形式下,电厂做为节能减排的重点行业,这样无疑会减缓整个行业节能减排的步伐。电厂的节能降耗岂能因为变频器的这一通病而因“噎”废食?解决给粉机变频器低压跳闸引发MFT动作和非计划停炉,也成了整个行业变频改造的关键问题。国臣公司研发的SGS炉膛安全给粉控制系统,正是为解决这一技术难题而产生的。
  
  燃煤火电厂的负荷的变化是随燃煤量的变化而变化。燃煤量的调节主要通过改变给粉机的转速来调节。以往锅炉给粉机主要由滑差电机来调节,由于给粉机所处环境粉尘多,温度高,滑差电机的线圈经常容易烧坏。尤其是漏粉现象较严重的老电厂,故障率更高。滑差电机的调速是非线形的,运行不够稳定,滑差电机的电磁线圈亦易被煤粉堵塞而烧坏。将锅炉给粉滑差控制改为变频控制,有效地克服了原滑差电机有死区,速度调节非线性,飞速等不足。
  
  原滑差系统的缺陷
  原来电厂的给粉系统多采用的是滑差控制,由滑差电机、同操器和滑差控制器组成。该系统对电厂的锅炉给粉存在着以下几个方面的缺陷:
  
  1滑差电机难以胜任锅炉给粉的恶劣环境,锅炉给粉的环境中粉尘很大,温度较高。滑差电机经常处在这种恶劣环境下,滑差离合器内会经常引起积灰、堵塞现象;造成电机堵转,甚至烧毁电磁线圈和电机。
  2滑差电机在低转速时存在死区,速度调节线性不好,且高速时容易引起飞速等现象,对速度不易控制。
  3滑差电机控制器输出不稳,电机运行时容易出现抖动现象。
  4滑差电机出现故障时,维修难度大,不易维修;且故障率较高,经常在这种恶劣环境中维护电机势必加大工人劳动强度。
  5滑差电机的动力电机在系统正常运行时,始终处于满负荷运行状态,这样不仅浪费能源,而且减少电机的使用寿命。
  6滑差电机频繁出现故障,势必影响整个系统的正常运行;同时,工人们经常在这种恶劣的环境下维护电机,也势必引起工人的厌烦情绪,引起工人对工作的不满等。
 
  鉴于以上各种原因,同时为了有效保障发电系统的正常运行,提高发电效率,现在电厂的锅炉给粉系统中多已将将滑差控制改为变频控制。
 
  锅炉给粉变频调速系统主要由变频调速柜、手操器、备用电源自投柜、电机组成。由于采用了变频器,其单机给粉机的启、停只需操作小开关即可,所以在主电路中免去了交流接触器,增加了可靠性。而交流异步鼠笼电动机其防护等级为IP44,既耐粉尘,又耐高温,加上变频调速器的无级平滑的调速,使该系统具有调速线性、运行稳定、节能、易维护等优点。另外由于煤质的变化,给粉机有时会发生堵转。以往堵转故障给电气、热工、锅炉、运行等方面专业带来很多麻烦。用变频调速系统后,只需运行人员按正、反转按钮即可排除堵转故障,大大降低了劳动强度,减少了消缺时间。
 
  交流变频控制系统的优点
  1利用三相交流电机替代滑差电机。这样电机在这种恶劣环境下就不会经常出现积灰、堵塞现象。三相交流电机能够很好地适应这种恶劣环境。由于交流异步电动机防护等级高(IP44),电机可实现免维护。
  2采用了交流变频控制器,它具有体积小,功能强,技术先进,可靠性高和性能优异等特点。变频器调速线性度可达99%,转速平稳,没有漂移,避免了溜负荷现象。给粉均匀,燃烧稳定,降低了锅炉投油值。
  3变频器操作直观方便,节能,维护量小,具有液晶显示的人机接口模块,其性能价格比远高于滑差控制系统。
  4采用变频控制后,系统日常故障率会大大降低,日常维护量小,降低工人劳动强度;提高系统的远行效率。百分之八十以上的堵转现象只需按正、反转按钮即可消缺,大大减轻了劳动强度。
  5采用变频器控制三相交流电机,三相交流电机的转速会随着变频器输出电压的高低而变化,不会经常处于满负荷运转状态,对节能降耗起着重要作用。通过实际测试,其节能在30%左右,效果显着。电气主电路和控制回路简单,可靠,便于维护。采用双电源供电和备用电源处于热备用状态。当一侧工作电源掉电时,另一侧电源自动投入。
  6采用变频控制后,可以有效地保障整个系统的正常运行,降低系统的故障率,提高系统的安全可靠性。
  7变频器具有内在的保护功能
  (1)相间短路保护
  (2)电动机上电过程中的接地故障保护
  (3)不适当通风引起的过热保护
  8通过变频器的人机接口模块,可以方便地改变和监控变频器的各种运行参数。变频调速系统还可把各台给粉机的同步转速转换成以下电信号:4-20mA和0-5V送至DCS。
  9变频器对电机具有多种保护功能。
  (1)对电机的过流保护
  (2)对电机的过热保护
  (3)对电机的过压欠压保护
  (4)瞬间掉电保护
  (5)控制线路掉电保护
  (6)接地短路保护
  (7)输出短路保护
 
  火电厂目前存在的问题
  变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而在电厂给粉机上得到广泛应用,但由于国内某些工厂的电网电压不稳定,导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低压保护跳闸。这种跳闸会因为变频器的保护设置不同而表现为过流保护或低压保护。但其原因都是因为电网低电压引起的。低电压通常都是短时的,主要是因为电网晃电或备自投切换时间过长。引起电网晃电的原因很多,如主电网侧的电网波动、负荷不平衡、雷击、电力切换等原因,负载侧的大型设备启动和应用、线路过载等原因。大多数自备电厂,它所生产的电能和热能绝大多数是供它内部使用的,电厂给粉机变频器在遇到厂用电压瞬时低于变频器的低电压保护值(根据变频器的型号不同该值也不同)时变频器停机,导致给粉机停机,同时会给FSSS(锅炉安全监控系统)发出给粉机停止信号,这样会导致FSSS的MFT动作。因为给粉机变频器低压保护跳闸而引起的非计划停炉,给电厂带来很大的经济损失,也是目前电厂面临的比较大的问题,只有很好的解决该问题才能保证电厂安全、可靠、高效的正常运行。
 
  这种问题主要是因为电厂给粉变频调速系统的缺陷引起的。
  目前,多数电厂的给粉系统使用的变频调速系统,通过DCS或操作台输出4~20mA信号控制变频器的转速来实现给粉调节。变频器的起、停、故障和1C/2C电源等信号再返送给FSSS,FSSS通过这些信号来判断给粉全停逻辑,并引发MFT动作。
 
  给粉调速系统的配电柜,多采用1C/2C分别供电、3C备自投切换方式,当有MFT动作时,采用大联锁切除给粉变频1C/2C电源,停止供粉。
 
  这种给粉变频调速系统最大的问题就是抗晃电能力差。
  1)控制电路抗晃电能力差。这种给粉变频调速系统的成套比较陈旧,特别是靠操作台来控制调速的系统,控制电路都是设计安装在变频器柜内,当厂用电晃电时,控制电路失电,无法达到调速控制目的。有些DCS的信号输入需要电压-电流信号转换,这种转换模块也成套在变频柜内,当电网晃电时,这些信号也一样无法送达DCS。
  2)变频器本身抗晃电能力差。当厂用电瞬间跌落或备自投切换时,变频器会欠压保护,当电压恢复时,变频重启动。这是变频器设计原理决定的,所有厂家的变频器都存在这种问题。
  3)1C/2C接触器抗晃电能力差,有很多电厂存在晃电时接触器先跳闸的问题,但这是表面问题,即使接触器不跳闸,变频器也会因为瞬间失电跳闸,给粉系统一样无法正常工作。
 
  直流支撑技术
  变频器是由整流器和逆变器两部分组成。通过对变频器的研究,变频器低电压指其中间直流回路低电压(即逆变器输入电压过低)。一般的变频器都具有过压、失压和瞬间停电的保护功能。变频器的逆变器件为GTR时,一旦失压或停电,控制电路将停止向驱动电路输出信号,使驱动电路和GTR全部停止工作,电动机将处于自由制动状态。逆变器件为IGBT时,在失压或停电后,将允许变频器继续工作一个短时间td,若失压或停电时间to<td,变频器将平稳过度运行;若失压或停电时间to>td,变频器自我保护停止运行。一般td都在15~25ms,只要电源“晃电”较为强烈,to都在几秒钟以上,变频器自我保护停止运行,使电动机停止运行。
 
  结合变频器的原理和工作方式,采用抗晃电系统,是解决变频器低压跳闸的最好办法。
  变频器的雏形是直流变频器,交流变频器只是在直流变频器的前端加上了整流器。变频器的控制电源和作功电源都来自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。
  直流电源技术已经非常成熟,都配备了完善的自检系统。国内目前有100多家知名的直流电源厂商,很多直流电源厂商就是用变频器逆变做为交流电源输出端的。直流电源做为变频器的备用电源,解决变频器的低压跳闸,已在其他安全级别要求不高的行业有成熟的应用。如:江苏的美国醋纤(南通)公司,在1996年就使用了直流电源做为变频器的备用电源。
 
  使用瓶颈
  火电厂要使用这种技术的瓶颈在哪儿?
  1.安全级别高。火电厂锅炉控制系统属于SIL3级,相当于AK5级。
  2.火电厂使用直流电源的关键是既要适时供电,又要紧要关头断电,且断的可靠性要求更高。
  3.抗晃电系统要和FSSS联动,要进行FSSS的逻辑运算,厂商要熟悉电厂控制系统,要有电厂的现场经验,这是直流电源厂家不能做到的。
 
  从系统安全级别入手,从断的可靠性入手我们专为热电厂提供的SGS炉膛安全给粉控制系统彻底解决火电厂的后顾之忧。解决了这一问题,也使变频器的应用能在火电厂给粉系统上真正发挥出其各种优势。而电厂也不用再将变频调速系统束之高阁,有回到原始生产状态,毕竟滑差电机做为上一代的调速产品,因为其各种缺陷,在火电厂给粉机上的应用也该淘汰了。
 
  火电厂在这种SGS炉膛安全给粉控制系统的支撑下,杜绝了电网低压、备自投切换等晃电引起的非计划停炉,也可相应减少油耗、煤耗等费用,真正做到节能降耗。
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