变频调速技术在电厂自动控制系统中的应用

专家：吴永存 领域：变频器 行业：电力 日期：11-03-04 11:33 点击数：3059

    1  用于燃料控制系统

     我厂有四台200MW中间储仓式燃煤机组，燃料控制是通过调节给粉机的转速来改变送入炉膛的煤粉量来实现的。原设计安装的给粉机调速系统为滑差调速控制，其中3#、4#机组滑差控制器采用上海自动化仪表一厂生产的TF－900模拟组装式控制装置，5#、6#机组采用南京调速器厂生产的DK－2仪表，配用JZTY型滑差调速电机。运行中由于给粉机跑粉常使滑差电机的离合器间隙积粉而使转速不可控，或滑差电机卡死、线圈烧损，影响机组的出力；还有由于滑差电机的非线性、磁滞等固有特性的影响，使调速不稳、下粉不均匀。下粉不均匀易引起燃烧器喷口的堵塞而烧坏；调速不稳使燃料不易控制，造成主汽压力参数品质差，这些皆抑制了自动投入利用率的提高。

     自95年3#炉预燃室给粉机改用变频调速以来，我们对全厂四台机组的锅炉给粉机滑差调速系统全部进行了改造。变频器选用美国AB公司的1305型变频器，电动机采用鼠笼式三相异步六极电机Y132－6。

     给粉机变频调速系统作为燃料控制系统的操作执行回路，接受燃料控制系统的燃料量指令，经过MOCS（自动平衡系统）和给粉机各层操作回路的偏置，合理分配各给粉机的负荷，达到优化燃烧的目的。给粉机变频调速系统与上一级燃料控制系统的接口简单且容易实现，如我厂3#机组采用HS2000分散控制系统、4#机组采用FS－2000燃烧模糊控制器、5#和6#机组采用SPEC－200模拟组装式仪表。

     以4#机组燃料控制子系统为例，其锅炉主控原理框图如图1所示。针对锅炉主控系统是一个慢速控制回路而功率控制系统是快速控制回路，这两个控制系统间调节速度不匹配，使主汽压力控制无法跟随功率控制，造成机炉间的能量失衡，引起主汽压力波动较大。采用新的控制方案，即锅炉侧主汽压力控制采用直接能量平衡（DEB）控制方式和模糊（FUZZY）控制加PID复合控制方式，以提高主汽压力控制回路的控制速度，并使锅炉主控同时兼有燃料控制和机前压力控制功能。当锅炉主控的燃料指令发生变化时，燃料控制子系统快速分配负荷给各给粉机变频调速系统。由于变频调速线性、稳定性好，能迅速改变进入炉膛的煤粉量，使机前压力很快地稳定下来。经过测试，在稳态工况下，主汽压力在±0.1MPa范围内波动，在动态工况如以5%负荷升、降速率下改变10%负荷，主汽压力在±0.2MPa范围内波动；但如果给粉机还是采用滑差调速控制，在稳定工况可能达到上述的调节品质，但在动态工况下，由于其非线性及不稳定性，进入炉膛的给粉量会产生大幅度的波动，使机前压力的超调量、过渡时间等恶化，从而不能达到上述指标。
 

图1  锅炉主控系统原理图

    总之，给粉机采用变频调速技术后取得了显著的效益：(1)调速稳定、线性度好、可靠性高、调节范围宽，与上层燃料控制系统接口简单且易实现，改善了燃料控制系统的调节品质，使主汽压力波动控制在0.1MPa范围内。(2)整个调速系统能实现基本无故障，且控制回路简单、可靠，减轻了检修的劳动强度，避免了由于给粉机的故障而影响机组的出力。(3)节能显著，每台给粉机的单耗平均下降50%以上。(4)给粉机下粉均匀，一次风管堵塞情况大为降低，使燃烧稳定，可降低锅炉最低给油稳燃值。

    2  用于给煤机控制系统

   我厂四台燃煤机组给煤机调速系统原设计也采用滑差调速，调速不稳定、下煤不均匀，造成磨煤机存煤量变化频繁，从而使磨煤机入口负压、出口温度大幅度波动，监视稍有疏忽造成正压而跑粉、堵煤，不利于安全、经济运行；运行只能采用开大再循环风门，而使负压大于设计值一倍的方法，来防止制粉系统跑粉，制粉系统单耗很高，平均每吨煤30kW?h以上。

表1  变频调速与滑差调速的转速与电流对照表
 

     9年利用3#机组大修机会，把变频调速技术推广到给煤机调速系统中，改造后给煤机电流显著下降，我们对在同样转速情况下的各种调速方式进行了对比，见表1。

     从表中可知，给煤机滑差调速改变频调速后，电流下降一半以上。这说明：(1)原设计的给煤机电机功率裕量很大。(2)变频调速系统随着转速的变化而发生明显的变化，而滑差调速系统转速的改变所引起的电流变化基本保持不变。

      同时，给煤机改变频调速后，其调速线性好、稳定，调节范围宽，作为磨煤机模糊控制系统的子系统，为实现制粉系统自动控制，降低制粉系统的单耗创造了条件。

    3  结语
 
    以上仅叙述了变频调速技术在小电机自动控制系统中的应用，在发电厂中，使用着大量的低、中压大功率电机，与之相对应的是大量的风门、挡板、调节阀等节流件，厂用电损耗相当严重。发电厂安全性、可靠性尤为重要，对采用新工艺、新技术持慎重态度，随着变频调速技术的完善与成熟，可以进一步推广应用到低压、中压大功率电机中，如低压部分的低加疏水泵、燃油泵、排粉机等，中压部分的送、引风机、灰渣泵等。

    随着电力市场“竞价上网”的贯彻，改善工艺、节能降耗势在必行。对镇海电厂已运行了十几年的“老机组”而言，如何进行老设备改造，提高机组的自动化水平，提高机组的效率，是企业持继发展的关键。因此，采用变频调速技术，以其卓越的调速性能、完善的保护功能、显著的节能效果、及容易与自动控制系统接口实现自动调节等特点，不失为企业技术改造和老设备更新换代的一种行之有效的途径。