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一次风机变频DCS控制操作说明


锅炉一次风机变频改造项目
DCS 系统控制操作说明

批准:

朱 宏

审核:

杨明喜

编写:

闫 普

2011 年 09 月 25 日 神华亿利电厂设备技术部

一次风机变频控制 DCS 系统操作说



1. 一次风机变频控制系统简介 为了提高发电机组的生产效率、降低能耗以及系统的综合可靠性,一次风机负载的驱动 系统拟采用全数字交流高压变频器实施控制。变频控制系统具备本地操作和 DCS 远程控制两 种控制方式,可进行手动切换。一次风机变频的远程控制接入主机 DCS 系统,通过 DCS 系 统进行远程控制,可实现机组 DCS 系统画面的远程操作和监控。变频系统装置接收来自 DCS 系统的开关量信号和 4-20mA 信号对一次风机变频器、旁路柜断路器进行控制,同时变频器、 高压开关可输出开关量信号和 4-20mA 信号到 DCS 系统,已实现机组 DCS 系统对变频器、高压 开关的操作和变频系统装置相关信息的监视。 2. 一次风机变频一次回路原理 一次风机变频改造一次回路采用一拖一的方式,即在一次风机一次回路中将高压变频器 串联进现有高压开关柜与高压电机之间,正常工作时采用变频回路,自动旁路柜 QF1 和 QF2 闭合,QF3 断开;工频运行时,自动旁路柜 QF1 和 QF2 断开,QF3 闭合,采用原有的工频启动 方式,并可实现变频故障后自动切旁路工频功能,其控制原理如下图所示:

图 1. 一次回路图
图 1.为高压变频器配置自动旁路柜,当变频器出现故障或需要检修时,自动切换到旁路运行,保 证系统安全连续运行。其自动旁路柜原理见下: 该系统主要由原高压开关柜 DL、自动旁路柜(由三个真空断路器 QF1、QF2、QF3 组成) 、高压变频器、 电动机组成。

变频运行时,QF3 断开,QF1 和 QF2 闭合。高压电机由变频装置驱动,实现调速控制。变频器出现严 重故障时,系统断开 QF1、QF2,合上 QF3,系统自动恢复工频旁路运行。 工频运行状态下,系统可在线恢复变频方式。断开 QF2,合上 QF0、QF1,在负载旋转过程中投入变频 运行。 ? ? ? ? ? 真空断路器 QF2、QF3 之间具有互为闭锁逻辑,确保系统安全可靠。 系统可靠性高、安全性好,满足严格的电气设计标准。 可以实现工/变频之间的在线切换,无须停机。 具备工频状态下的独立电机保护。 便于系统维修及维护。

3. 一次风机变频改造 DCS 系统控制方案 3.1 一次风机变频器控制 3.1.1 变频器启动允许条件: a.变频器远程控制状态 b.变频器控制高压就绪 c.变频器无轻故障报警 d.变频器无重故障报警 3.1.2 变频器联锁跳闸条件: a. 变频器重故障报警 3.2 一次风机出口气动插板门控制 3.2.1 一次风机出口气动插板门打开允许条件: a. 一次风机出口气动插板门远程控制状态。 3.2.2 一次风机出口气动插板门联锁打开条件: a. 本一次风机工频投入状态“与”本一次风机运行; b.一次风机 A 停运“与”一次风机 B 停运。 3.3.3 一次风机出口气动插板门关闭允许条件: a. 一次风机出口气动插板门远程控制状态“与”本侧一次风机停运。 3.3.4 一次风机出口气动插板门联锁关闭条件: a. 本一次风机变频停运状态“与”对侧一次风机运行后延时 4 秒 “与”本侧一次风机工 频投入状态未来; b.本侧一次风机高压开关停运“与”对侧一次风机高压开关运行。 3.3 一次风机旁路柜 QF1 控制 3.3.1 一次风机旁路柜 QF1 合闸允许条件: a.QF1 开关在远程控制状态; b.变频器未运行; c.变频器无轻故障报警; d.变频器无重故障报警;

e. 旁路柜 QF2 开关合闸状态。 3.3.2 一次风机旁路柜 QF1 分闸允许条件: a. QF1 开关在远程控制状态; b. 变频器未运行; 3.4 一次风机旁路柜 QF2 控制 3.4.1 一次风机旁路柜 QF2 合闸允许条件: a. QF2 开关在远程控制状态; b.旁路柜 QF3 开关分闸状态。 3.4.2 一次风机旁路柜 QF2 分闸允许条件: a. QF2 开关在远程控制状态; b.旁路柜 QF1 开关分闸状态。 3.5 一次风机旁路柜 QF3 控制 3.5.1 一次风机旁路柜 QF3 合闸允许条件: a. QF3 开关在远程控制状态; b.旁路柜 QF2 开关分闸状态。 3.5.2 一次风机旁路柜 QF3 分闸允许条件: a. QF3 开关在远程控制状态。 3.6 一次风机变频器/工频投入状态判断 3.6.1 一次风机变频投入状态: a. QF1 合闸状态“与”QF2 合闸状态“与”QF3 分闸闸状态,逻辑判断为一次风机进入 一次风机变频投入状态。 3.6.2 一次风机工频投入状态: a. QF1 分闸状态“与”QF2 分闸状态“与”QF3 合闸闸状态,逻辑判断为一次风机进入一 次风机工频投入状态。 3.7 一次风机变频器模拟量控制 3.7.1 A、B 一次风机变频器分别设置一个模拟量控制手操器,可对风机变频器进行手动单 独操作; 3.7.2 A、B 一次风机变频器手操器上级设置一个总操,在 A、B 一次风机变频手操器全部 投入自动后可对 A、B 一次风机变频进行整体操作,即进行同时增减负荷,防止单独对变频 器操作发生“抢风”现象; 3.7.3 A、B 一次风机变频器手操器设置偏置修正功能,在 A、B 一次风机变频手操器全部 投入自动后,根据风机特性和电流情况可对两台风机变频器控制指令的分配进行人为干预修 正; 3.7.4 风机变频器启动指令发出后, 风机变频器模拟量控制指令自动加载到最低初负荷运行 指令 15Hz; 3.7.5 风机变频器停运后,延时 10S 后风机变频器模拟量控制指令自动恢复到 0Hz; 3.7.6 在对侧一次风机变频投入状态、 且旁路联锁自动投入状态和一次风机变频联锁投入状

态(DCS 控制面板联锁投入开关,) ,当对侧一次风机变频跳闸后延时 5 秒,如果旁路联锁合 闸成功,即对侧风机工频投入信号来,则需手动对本侧风机变频器根据运行参数进行干预调 整,反之如果切换不成功,则本侧风机自动对变频控制指令进行加载设定为满量程 50HZ,; 3.7.8 在一次风机变频联锁投入状态(DCS 控制面板联锁投入开关) ,当对侧一次风机高压 开关跳闸,则本侧风机自动对变频控制指令进行加载设定为满量程 50HZ; 3.8 一次风机入口挡板控制 3.8.1 保留原一次风机入口挡板的手动操作功能; 3.8.2 在本侧一次风机变频投入状态、且旁路联锁自动投入状态,当本侧一次风机变频跳闸 后根据机组运行负荷情况自动进行挡板控制指令设定,关小入口挡板,防止风机工频切换成 功造成一次风量过大引起炉膛压力波动,具体控制数值如下; y=f(x) 主汽流量(x) 挡板指令(y) 3.9 1 0 28 2 300 28 3 360 30 4 420 31 5 480 32 6 500 35 7 530 38 8 560 40 9 600 42 10 650 45 11 700 50

一次风机变频模拟量控制手/自动切换条件

3.9.1 一次风机变频模拟量控制全部切手动条件( “或”关系) a. 锅炉 MFT 动作 b. A 一次风机变频停运 c. B 一次风机变频停运 d. A 一次风机变频控制切手动 e. B 一次风机变频控制切手动 3.9.2 一次风机变频模拟量控制全部切自动条件( “或”关系) d. A 一次风机变频控制切自动 e. B 一次风机变频控制切自动 3.10 关于锅炉 MFT 条件:一次风流量低控制条件的修改 针对在一次风机变频故障切换为工频运行状态时,考虑到为了防止在切换过程中造成一 次风流量低越限造成锅炉 MFT 动作,目前锅炉 MFT 跳闸条件一次风流量低信号的延时时间 为 2 秒,经过运行专业实际的运行经验和对锅炉的影响,对一次风流量低信号的延时时间做 优化修改为 30 秒。 4. 一次风机变频 DCS 系统控制操作说明 一次风机变频 DCS 系统控制分为电气操作部分和锅炉操作部分,电气操作控制界面点击 控制主画面“风机变频电气控制”进入,锅炉操作部分主要在“一次风系统”和“锅炉主系 统”画面进行操作; 4.1 电气操作部分 4.1.1 一次风机变频电气控制主要进行自动旁路柜 QF1、QF2、QF3 断路器的手动操作,同

时也可进行一次风机高压开关及变频器的相关操作和状态监视,如图 2.;

4.1.2 旁路柜断路器操作顺序: a.一次风机变频启动顺序: 启动一次风机,高压开关合闸并确认反馈信号; 旁路柜 QF2 合闸并确认反馈信号 旁路柜 QF1 合闸并确认反馈信号 确认”变频器高压就绪”的反馈信号 启动变频器 b. 一次风变频运行时停机顺序: 停运变频器,确认变频器停止运行 旁路柜 QF1 分闸并确认反馈信号 旁路柜 QF2 分闸并确认反馈信号 停止一次风机,高压开关分闸并确认反馈信号 c. 一次风机工频启动顺序: 旁路柜 QF3 合闸并确认反馈信号 启动一次风机,高压开关合闸并确认反馈信号; d. 一次风工频运行时停机顺序: 停止一次风机,高压开关分闸并确认反馈信号 旁路柜 QF3 分闸并确认反馈信号 说明:一次风机变频旁路柜 DCS 控制控制逻辑主要实现手动操作时开关间的相互闭锁条件, 无联锁及自动切换功能,其旁路柜的相互闭锁、联锁及自动切换功能主要通过柜内电气硬接 线控制回路实现,且要实现变频器故障跳闸旁路开关 QF1Q、F2 联锁自动分闸,QF3 联锁自动 合闸须将就地旁路控制柜旁路联锁开关打至投入状态,DCS 画面显示“旁路联锁自动投入” 。

4.2 锅炉操作部分 4.2.1 一次风机变频锅炉操作主要进行一次风机高压开关及变频器的相关操作和状态监 视,主要操作控制面板如图 3.、图 4.;

图 3. 锅炉主系统

图 4. 一次风系统

4.2.2 一次风机变频启停控制: a.一次风机电机高压开关控制 一次风机高压电机开关控制原有6kV开关控制回路不变,保留原设计的所有功能,变频器 退出运行在旁路状态时,不降低一次风机电机的运行可靠性,操作方法同一次风机启停; b.一次风机变频器启停控制 在DCS系统一次风系统及锅炉主系统画面增加一次风机变频器控制状态按钮, 用于一次风 机变频器启停操作,并增加变频器轻故障报警、变频器重故障报警状态报警显示和变频器高 压就绪、电流显示、频率显示及变频器故障复位和急停按钮; 4.2.3 一次风机变频模拟量设定控制 a. 在DCS系统一次风系统及锅炉主系统画面增加一次风机变频器控制面板弹出按钮, 过一 次风机变频控制面板可实现一次风机A、B变频器控制指令设定、手/自动切换、偏置设定等操 作功能;同时可进行变频器运行状态的监视、一次风机入口挡指令的设定和反馈监视;A、B 一次风机出口风压、平均床压、平均床温和一次流化总风量的监视;如图5.

图 5. 一次风机变频控制 b.变频调节总操的作用在于在A、 B一次风机变频调节全部投入自动状态, 可通过总操对A、 B一次风机变频调节指令进行同时增减,在一定程度上可避免“抢风”现象,同时用于一次风 变频风量自动控制的手/自动切换。 说明:A、B一次风机变频调节实现总操调节必须同时投入自动状态,此功能由系统自动 实现,即当其中一个投入自动,另一个自动投入自动,即当其中一个投入手动,另一个自动 投入手动;在投入自动状态,针对两台风机出力或电流偏差大等情况,可通过B一次风机变频 调节中的偏置设定实现两台风机变频控制指令一增一减, 从而实现风机的出力和电流的平衡。 4.2.4 联锁投入/退出开关的使用

在一次风机变频控制状态,联锁投入/退出开关的主要作用主要是用来区别系统设备是正常 停运还是事故停运而实现变频器控制指令的联动而设置的,即在联锁投入状态,当对侧一次 风机变频跳闸后延时 5 秒,如果旁路联锁合闸成功,即对侧风机工频投入信号来,本侧风机 变频器控制指令保持当前值,反之如果切换不成功,则本侧风机自动对变频控制指令进行加 载设定为满量程 50HZ;在联锁投入状态,当对侧一次风机高压开关跳闸,则本侧风机自动对 变频控制指令进行加载设定为满量程 50HZ;在联锁退出状态,以上两种情况风机,运行变频 器指令保持当前值,如在进行风机或变频器正常停运时,需退出联锁。 说明:在变频器因重故障跳闸时,如果工频自动切换不成功,联锁开关投入与否,运行 风机将自动对变频控制指令进行加载设定为满量程 50HZ,不受联锁开关控制。 4.2.5 变频器急停控制

在设备特殊紧急情况下可通过 DCS 画面变频器急停按钮实现变频器的紧急停运, 急停采 用两步操作确认的方式,防止误操作。在“旁路联锁自动投入状态” ,变频器急停后风机自动 切入工频运行方式,且变频器报轻故障和重故障。 4.2.6一次风机变频手动调整防止“抢风”措施 a. 在低负荷状态时, 在运行的料床阻力范围内,尽量采取“提风量、 降料床阻力、稳转 速; 降风量、升料床阻力、升转速” 的措施, 尽量减少对一次风机转速进行操作,特别是 要尽可能避免降低转速的操作; b. 在单纯依靠料床阻力已经无法控制风量的情况下, 应通过进口挡板进行风量调整; c. 调整过程中尽量将 A、B 一次风机变频调节投入自动,通过变频总操进行调节,已实现 风机转速同时进行调整, 最大限度避免风机转速的偏差。

设备技术部热工专业 2011 年 9 月 25 日·编制


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