空預(yù)器控制回路優(yōu)化改造

孫研，趙效輝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

空預(yù)器控制回路優(yōu)化改造

孫研，趙效輝

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261400)

介紹了華電萊州發(fā)電有限公司空氣預(yù)熱器控制回路原理、空氣預(yù)熱器事故分析及控制回路存在的問(wèn)題，提出對(duì)氣動(dòng)馬達(dá)、直流電源、PLC回路等方面進(jìn)行優(yōu)化改造的解決方案，改造后提高了設(shè)備的可靠性和安全性。

空預(yù)器；控制回路；事故分析；改造；可靠性

0 引言

空氣預(yù)熱器(以下簡(jiǎn)稱空預(yù)器)是提高鍋爐熱交換性能、降低熱量損耗的1種預(yù)熱設(shè)備[1]。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)空預(yù)器跳閘將迫使鍋爐減負(fù)荷，2臺(tái)空預(yù)器跳閘則會(huì)造成鍋爐滅火的嚴(yán)重后果[2]。作為鍋爐運(yùn)行必不可少的重要設(shè)備之一，空預(yù)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要[3]?？疹A(yù)器控制回路主要通過(guò)對(duì)空預(yù)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制及調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空預(yù)器的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，若控制回路出現(xiàn)故障，空預(yù)器將無(wú)法正常運(yùn)行[4]。

1 設(shè)備概況

華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱萊州公司)1期2×1 000 MW機(jī)組采用東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)三分倉(cāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)再生式空預(yù)器，轉(zhuǎn)速為0.96 r/min，型號(hào)為L(zhǎng)AP17286/2250。電驅(qū)動(dòng)裝置采用2臺(tái)22 kW的電動(dòng)機(jī)，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用鍋爐電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)段電源，輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用鍋爐保安MCC段電源?？刂葡到y(tǒng)由SEW天津傳動(dòng)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，空預(yù)器主、輔助電機(jī)控制回路各配有西門子PLC和1臺(tái)SEW變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻啟停和調(diào)速，主、輔助變頻器互為備用。此外，每臺(tái)空預(yù)器還配有1臺(tái)氣動(dòng)馬達(dá)，作為備用驅(qū)動(dòng)。

2 空預(yù)器控制回路介紹

正常時(shí)，空預(yù)器可由主電機(jī)(輔助電機(jī))驅(qū)動(dòng)，由操作員站選擇控制箱遠(yuǎn)控或就地控制方式，主(輔)變頻器有變頻和工頻2種運(yùn)行方式。空預(yù)器控制回路原理如圖1所示，現(xiàn)以主變頻器變頻啟動(dòng)、運(yùn)行為例說(shuō)明空預(yù)器變頻器控制回路的主要設(shè)計(jì)思路。

控制箱處于遠(yuǎn)控方式時(shí)，操作員發(fā)送遠(yuǎn)方啟動(dòng)主電機(jī)指令，繼電器K25，K32吸合，K25，K32常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；PLC模塊接收到分散控制系統(tǒng)(DCS)主機(jī)啟動(dòng)信號(hào)后，自動(dòng)發(fā)送變頻器變頻運(yùn)行信號(hào)，觸發(fā)變頻器軟啟動(dòng)，啟動(dòng)主電機(jī)。當(dāng)主電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，由變頻器發(fā)送信號(hào)給PLC模塊，PLC模塊接收到啟動(dòng)完成信號(hào)后，調(diào)節(jié)變頻器為工頻運(yùn)行，主電機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)完成。變頻器變頻、工頻轉(zhuǎn)換是通過(guò)接觸器KM1，KM3相互閉鎖實(shí)現(xiàn)的。停車時(shí)，操作員發(fā)送遠(yuǎn)方停止主電機(jī)指令，PLC模塊接收停機(jī)信號(hào)后控制變頻器調(diào)節(jié)主電機(jī)停機(jī)。緊急情況下可發(fā)送“遠(yuǎn)控急?！敝噶睿佑|器K23得電，K23常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，PLC控制主電機(jī)緊急停機(jī)。

當(dāng)主電機(jī)故障停機(jī)，DCS顯示主電機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失，延時(shí)4 s，電流消失，則DCS遠(yuǎn)控啟動(dòng)輔助電機(jī)，繼電器K34得電，K34常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，CPU觸發(fā)變頻器啟動(dòng)輔助電機(jī)。當(dāng)輔助電機(jī)故障，DCS遠(yuǎn)控啟動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)，繼電器K36得電，CPU啟動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)，繼電器K27得電，氣動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行回路接通，氣動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)。主(輔助)電機(jī)、氣動(dòng)馬達(dá)通過(guò)主控允許(輔控允許)回路中KM2，KM4(KM1，KM3)，KM5觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)閉鎖。

控制箱處于就地方式時(shí)，按下SB11按鈕，主電機(jī)啟動(dòng)；停止時(shí)，按下SB12按鈕；急停時(shí)，按下按鈕SB1，繼電器K23常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電機(jī)停機(jī)。

3 空預(yù)器事故分析

萊州公司#1，#2鍋爐空預(yù)器自2012年12月投運(yùn)以來(lái)，發(fā)生了2次由于控制回路問(wèn)題導(dǎo)致空預(yù)器主、輔助電機(jī)誤跳閘事故，致使機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文主要介紹2015年#1鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)“異常跳閘”事故及2016年#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行中跳閘事故，同時(shí)對(duì)這2次事故中空預(yù)器控制回路存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析。

圖1 空預(yù)器控制回路原理圖

3.1#1鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)“異常跳閘”

(1)事故經(jīng)過(guò)。2015年1月15日 04:09:20，#1鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)“異常跳閘”，主電機(jī)跳閘和氣動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行信號(hào)自動(dòng)發(fā)出。04:09:21，DCS發(fā)出#1鍋爐A空預(yù)器輔助電機(jī)聯(lián)啟指令，輔助電機(jī)聯(lián)啟失敗。04:09:30，#1鍋爐A空預(yù)器“停轉(zhuǎn)”報(bào)警發(fā)出，#1機(jī)組快速減負(fù)荷(RB)動(dòng)作，E制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖跳閘。就地檢查發(fā)現(xiàn)，A空預(yù)器轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，氣動(dòng)馬達(dá)未嚙合空轉(zhuǎn)，主輔電機(jī)控制柜無(wú)異常報(bào)警。04:20：00，遠(yuǎn)操停運(yùn)氣動(dòng)馬達(dá)，啟動(dòng)空預(yù)器主電機(jī)成功，電流19.69 A，#1機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

(2)原因分析。主電機(jī)跳閘前后設(shè)備無(wú)異常，電流無(wú)異常跳變，可排除空預(yù)器機(jī)械故障原因。#1鍋爐A空預(yù)器氣動(dòng)馬達(dá)無(wú)指令而自啟動(dòng)，同時(shí)主電機(jī)跳閘，1 s后輔助電機(jī)啟動(dòng)指令失敗，分析原因?yàn)闅鈩?dòng)馬達(dá)自啟動(dòng)運(yùn)行，觸發(fā)主電機(jī)跳閘指令、并導(dǎo)致輔助電機(jī)啟動(dòng)指令失敗。#1鍋爐A空預(yù)器在氣動(dòng)馬達(dá)自啟動(dòng)后轉(zhuǎn)子仍停轉(zhuǎn)是因?yàn)闅鈩?dòng)馬達(dá)未嚙合空轉(zhuǎn)，停運(yùn)空預(yù)器后檢查發(fā)現(xiàn)，氣動(dòng)馬達(dá)離合器減速機(jī)側(cè)固定螺栓斷裂，使氣動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)后無(wú)法嚙合。

3.2#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)跳閘

(1)事故經(jīng)過(guò)。2016年3月21日02：23：00，#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)跳閘，輔助電機(jī)聯(lián)啟后運(yùn)行4 min左右跳閘，在復(fù)歸信號(hào)后，手動(dòng)啟動(dòng)#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)，#2鍋爐A空預(yù)器變頻器啟動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但主電機(jī)電流為0，接觸器KM1在吸合狀態(tài)。06：40：00，遠(yuǎn)控停止#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)無(wú)反應(yīng)，拉開(kāi)#2鍋爐A空預(yù)器主、輔助電機(jī)斷路器及控制電源后，空預(yù)器主電機(jī)停止。06：45：00，重新合閘送電后，#2鍋爐A空預(yù)器主、輔助電機(jī)運(yùn)行正常。

(2)原因分析。#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行中跳閘，聯(lián)啟#2鍋爐A空預(yù)器輔電機(jī)運(yùn)行4 min跳閘過(guò)程中，熱繼電器未動(dòng)作，變頻器無(wú)報(bào)警和動(dòng)作記錄，因此排除過(guò)載及變頻器故障。遠(yuǎn)控再次啟動(dòng)#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)，DCS運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出，空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，但主電機(jī)電流為0，變頻器不升頻，判斷PLC調(diào)節(jié)變頻器異常，主電機(jī)不能切換到工頻運(yùn)行。對(duì)變頻器和PLC重新送電，再次啟動(dòng)主、輔助電機(jī)，運(yùn)行均都正常。

綜上所述，判斷#2鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)運(yùn)行中跳閘原因?yàn)镻LC調(diào)節(jié)變頻器異常。

3.3 存在的問(wèn)題

(1)氣動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)控制回路通過(guò)繼電器K27和接觸器KM5回路控制，正常運(yùn)行時(shí)，繼電器K27線圈易受干擾啟動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)，致使主電機(jī)異常跳閘，輔助電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，影響空預(yù)器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)24 V電源給PLC操作回路、變頻器控制回

路、電磁閥及電流互感器供電，電源模塊輸入端為雙電源設(shè)計(jì)，但輸出端只有1路，為單電源供電，運(yùn)行中如果電源模塊出現(xiàn)故障，將停運(yùn)空預(yù)器。

(3)DCS通過(guò)PLC控制空預(yù)器主、輔助電機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)的啟停，由于PLC模塊容易受感應(yīng)電壓的影響，可能誤發(fā)信號(hào)導(dǎo)致主、輔助電機(jī)停機(jī)。

4 空預(yù)器控制回路改造

基于2015年及2016年2次空預(yù)器主、輔助電機(jī)跳閘事故，針對(duì)空預(yù)器變頻器控制回路存在的問(wèn)題，對(duì)#1，#2鍋爐空預(yù)器控制回路進(jìn)行了2次優(yōu)化改造。第1次改造為取消氣動(dòng)馬達(dá)控制回路、增加24 V直流電源模塊；第2次改造為取消PLC控制回路、增加制動(dòng)電阻。

4.1 氣動(dòng)馬達(dá)控制回路改造

經(jīng)分析，氣動(dòng)馬達(dá)控制回路嚴(yán)重影響空預(yù)器運(yùn)行，根據(jù)#1鍋爐A空預(yù)器主電機(jī)“異常跳閘”事故分析，取消氣動(dòng)馬達(dá)控制回路，拆除空預(yù)器氣動(dòng)馬達(dá)電氣控制回路(KM5回路)，拆除DCS啟動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)指令二次接線(K36接線)，短接氣動(dòng)馬達(dá)運(yùn)行聯(lián)跳主、輔助電機(jī)接點(diǎn)(KM5常閉接點(diǎn))，拆除氣動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)繼電器K27接線，拆除氣動(dòng)馬達(dá)停止回路(K28回路)，氣動(dòng)馬達(dá)單純采用氣源手動(dòng)門進(jìn)行控制，控制回路遠(yuǎn)程、就地只對(duì)主(輔助)電機(jī)進(jìn)行控制，主、輔助電機(jī)互為備用。

4.2 增加24 V直流電源模塊

空預(yù)器主、輔助電機(jī)啟?？刂苹芈藩?dú)立配線，2臺(tái)電機(jī)之間無(wú)電氣聯(lián)鎖，即1臺(tái)電機(jī)運(yùn)行或停止不影響另1臺(tái)電機(jī)運(yùn)行或停止，2臺(tái)電機(jī)的啟停由DCS邏輯控制。同時(shí)，空預(yù)器主(輔助)電機(jī)變頻器增加“變頻轉(zhuǎn)速達(dá)到”信號(hào)至DCS，信號(hào)到達(dá)延時(shí)30 s會(huì)自動(dòng)切為工頻運(yùn)行。

空預(yù)器控制柜內(nèi)增加1個(gè)24 V直流電源模塊，2個(gè)電源模塊分別給主、輔助電機(jī)控制回路的電流互感器提供24 V直流電源，這2個(gè)電源模塊彼此相互獨(dú)立，不受干擾。

每個(gè)電源模塊上口增加1個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，當(dāng)直流電源模塊發(fā)生故障時(shí)，開(kāi)關(guān)會(huì)直接跳閘，不會(huì)影響控制回路的運(yùn)行，同時(shí)在不停機(jī)的情況下便于維修和更換直流電源模塊。

4.3 取消PLC控制回路

空預(yù)器事故多因PLC控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致，因此需要對(duì)PLC控制回路進(jìn)行改造。取消PLC控制回路，拆除空預(yù)器PLC自動(dòng)/手動(dòng)切換(K31繼電器回路)，拆除PLC模塊，空預(yù)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單純采用DCS邏輯，改造中所涉及的開(kāi)關(guān)輸入和輸出信號(hào)由增加的繼電器實(shí)現(xiàn)。這不僅簡(jiǎn)化了控制回路，同時(shí)也大大減小了空預(yù)器控制回路的故障率。

4.4 增加制動(dòng)電阻

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的降速和停機(jī)是通過(guò)逐漸減小頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障緊急停車及變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)減速時(shí)，電機(jī)能量會(huì)反饋到變頻器，使變頻器直流電路電壓快速升高，變頻器過(guò)壓報(bào)警，導(dǎo)致電機(jī)主回路失電急停。在電機(jī)減速過(guò)程中，瞬間失電急停容易損壞電機(jī)，減小電機(jī)的使用壽命。因此為了提高工作效率，保證變頻器對(duì)電機(jī)的安全降速停機(jī)，需要增加制動(dòng)電阻將電機(jī)產(chǎn)生的能量以熱量的形式釋放。針對(duì)我公司空預(yù)器電機(jī)變頻器的功率和型號(hào)，選用R.XHG 15 Ω的波紋制動(dòng)電阻。

對(duì)#1，#2爐空預(yù)器控制回路改造至今，空預(yù)器運(yùn)行良好，未出現(xiàn)異常情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

在原空預(yù)器控制回路基礎(chǔ)上，取消了氣動(dòng)馬達(dá)和PLC控制回路，增加了24 V直流電源模塊和制動(dòng)電阻。改造后，空預(yù)器變頻器控制回路得到較大的簡(jiǎn)化，消除了因氣動(dòng)馬達(dá)和PLC控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致空預(yù)器電機(jī)異常停運(yùn)等隱患，提高了設(shè)備可靠性，為機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

[1]孫健.火力發(fā)電廠回轉(zhuǎn)式空預(yù)器優(yōu)化改造[D].北京：華北電力大學(xué),2015.

[2]王新中,王云輝.空預(yù)器主電機(jī)及氣動(dòng)馬達(dá)切斷電磁閥控制回路改造[J].電力安全技術(shù),2010,12(8):38-39.

[3]蘭建輝.空氣預(yù)熱器電機(jī)及控制回路的常見(jiàn)問(wèn)題和優(yōu)化措施[J].山西科技,2016,31(3):153-155.

[4]劉炬.600 MW機(jī)組空預(yù)器雙變頻器控制回路改造[J].電力安全技術(shù),2014(7):30-32.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

2017-02-20；

2017-05-27

TM 621.6

B

1674-1951(2017)07-0059-03

孫研(1989—)，女，吉林磐石人，助理工程師，工學(xué)碩士，從事電氣繼電保護(hù)檢修工作(E-mail:1248102266@qq.com)。

趙效輝(1987—)，男，山東菏澤人，助理工程師，工學(xué)碩士，從事電廠運(yùn)行巡檢工作(E-mail:1248102299@qq.com)。