引风机变频器异常及引风机变频并列负压波动大异常分析

1、异常描述

事件一:2015年2月26日04:02 #2号机组2A引风机变频器模块温度高至变频器跳闸;2A引风机自动切至工频运行。2月27日2A引风机变频器故障解除, 2A引风机由工频运行切至变频运行。14:40 #2号机350MW低负荷运行,2A引风机变频启动,准备并列。在2A引风机并列过程中炉膛负压晃动幅度大,最低至-744Pa(如图1)。

 

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图1:2015年2月26日14:40 #2机2A引风机变频并列曲线 (图中标注炉膛负压最大处:-744Pa)

事件二:2015年3月15日09:25 #1号机组1A引风机变频器控制及冷却风机电源空开出线端子烧坏,变频器失去冷却电源,造成变频器故障跳闸;由于QF1,QF2,QF3闸刀失去操作电源,1A引风机“变频切工频”切换失败,至1A引风机跳闸连跳同侧1A送风机;#1号机组引风机RB动作。3月16日1A引风机变频器故障解除,1A引风机由工频运行切至变频运行。22:20 #1号机350MW低负荷运行,1A引风机变频启动,准备并列。在1A引风机并列过程中炉膛负压晃动幅度大,最低至-1028Pa(如图2)。

 

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图2:2015年3月15日22:20 #1机1A引风机变频并列曲线 (图中标注炉膛负压最大处:-1028Pa)

另:从引风机改造为变频运行后,机组厂用电下降,机组效益提高,但每年都发生3-6次因变频器问题出现变频跳闸,多次是因引风机变频器模块温度高而引发,且在变频器处理好之后,引风机变频启动至并列过程中都发生了炉膛负压波动大的问题(因#2机历史曲线2013年已清除,未能列举#2机组以前引风机变频并列的例子,如图3),由于引风机并列时,机组负荷均在300MW左右,锅炉燃烧稳定性差,负压波动幅度大,锅炉容易造成熄火或MFT(负压≤-1780PA,MFT)

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图3:2013年7月28日01:10 #1机1A引风机变频并列曲线 (图中标注炉膛负压最大处:-1212Pa)

2、异常原因分析

通过以上事件,我们从设备信号、运行操作、经验管理三个方面详细分析异常原因:

一、设备信号方面:

从引风机变频改造至今,发生了多起由引风机变频器模块温度高引发的引风机变频器跳闸事故。(频出故障设备的自身配套冷却器容量,稳定性,制作工艺等原因不在此次异常分析之列)。从运行监控方面分析:引风机变频器温度高和冷却风扇故障不能及时发现(DCS画面上只有“引风机变频器轻故障”、“引风机变频器重故障”报警),运行人员不能及时发现问题(单靠巡检及“引风机变频器轻故障”报警,尤其夏季时,远远不能保证运行人员检查分析引风机变频器工作状况,不能把变频器故障消除在萌芽状态,保证引风机变频器正常运行)。

二、运行操作方面:

引风机变频并列时,每次都会发生炉膛负压大幅波动。现象:并列时,随着并列引风机频率增加(25-30HZ)时,炉膛负压突然变大,然后突然变小,再突然变大(如图1、2、3)。

(a)运行操作分析:

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图4: 2月27日#2号机2A引风机(变频)并列相关参数图

由图4可知;2A引风机变频启动后,频率自动增加至15HZ(变频器逻辑),2A引风机静叶挡板由0%开至59%,此后由2A引风机变频器和2B引风机变频器共同调节直至2台引风机均衡出力,并列成功。

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图5: 3月16日#1号机1A引风机(变频)并列相关参数图

由图5可知;1A引风机变频启动后,频率自动增加至15HZ(变频器逻辑),1A引风机静叶挡板由0%开至58.6%,此后由1A引风机变频器和1B引风机变频器共同调节直至2台引风机均衡出力,并列成功。

由于近几年大功率变频器的普及,引风机加装变频器才慢慢推广,但目前很少有引风机变频器常见问题分析及处理的指导性资料。运行人员操作方法主要参照由厂家提供的“引风机变频启动操作步骤”(见图6)。从上图(图1、2、3、4、5)引风机变频并列历史曲线可以发现,引风机变频并列过程中按照厂家提供的操作方法,易引起锅炉负压波动大

 

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图6:引风机变频启动操作步骤

(b)“抢风”理论分析:

分析研究引风机变频启动至并列各参数变化历史曲线发现,并列过程中都不同程度的发生了“抢风”现象,这是炉膛负压大幅度波动的主因。两台静叶轴流式变频风机并列运行时,风机的实际运行状态不仅取决于其本身的性能,还取决于整个管路(风道)的特性,风机的工作点即是风机性能曲线与风道特性曲线的交点。当风道的特性曲线与两台风机的合成性能曲线交于驼峰点后时,可形成稳定工况;如果风道的特性曲线与两台风机的合成性能曲线交于驼峰前,则进入抢风区。(如图7)因此,避免风机抢风的关键是防止工作点落在抢风区域内。当工作点落入抢风区内是应该快速避开抢风区。

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图7: 2台变频轴流引风机并联抢风现象

引风机并列过程中风道特性曲线不发生变化,所以合理利用静叶调节轴流式引风机特性曲线中驼峰的变化是避开抢风区的关键

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图8: 3月15日#1号机1A引风机(工频)并列相关参数图

引风机未改造变频之前,并列时炉膛负压波动都非常平稳,如2015年3月15日,1A引风机由于变频器未处理好,采用工频并列(如图8),炉膛负压非常平稳,可知引风机工频并列过程中未发生“抢风”现象。由此可以推断出引风机工频并列过程中,两台引风机合成的性能曲线和风道性能曲线相交的风机工作点在两台引风机并列后的性能曲线驼峰之后的稳定区域。

(c)引风机变频并列产生“抢风”原因

 

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图9:静叶调节轴流式引风机特性曲线

由图9可知静叶调节轴流式引风机特性曲线在静叶开度小、风压低、流量小的区域也具有驼峰曲线,而且随着静叶、风压和流量的减小驼峰向左偏移。 由“引风机变频启动操作步骤”可知,引风机启动后的出力主要靠变频调节,而引风机出力随着变频器频率增加而增加,且变频器从0HZ开至50HZ需120s(从变频器启动时0-15HZ所用时间推算得出),频率增加出力很慢,这就不可避免的发生引风机工作点长时间滞留风压低、流量小区域驼峰曲线前的不稳定工作区,所以造成抢风现象。然而从图1、2、3、4、5曲线可知抢风现象主要发生在引风机变频器开度在25-30HZ附近区域(并未发生在引风机出力低区域)。原因:(1)由历史曲线可知操作过程中风机静叶挡板在55%开度附近(并未开至“引风机变频启动操作步骤”中所要求的75%开度);(2)风机管路风门挡板不严,引风机出力低时,风道存在倒风现象(由运行中的引风机所引发)。以上两种现象都导致网管阻力曲线向右平移,两台风机并列的工作点向右发生移动。所以抢风现象发生在低风压,低流量区域的抢风现象延后至中低压,中低流量区域出现。

(d)引风机工频启动未产生“抢风”原因分析:

引风机工频并列中未发生抢风现象(如图8),原因:(1)工频启动的引风机。虽静叶挡板开度在0%位,但因转速高此侧风道倒风现象随引风机的启动而消失。(2)静叶挡板从0%开至100%仅需20s(2015年2月#1号机组小修试验时实际操作所得)。所以引风机工频启动后随着静叶挡板开大,引风机工作点迅速越过两台风机并列运行特性曲线的驼峰区进入稳定区域,避免了“抢风”发生。

三、经验管理方面:

由“抢风理论”分析可知,引风机入口风压低间接影响系统管道特性曲线,它也是是产生抢风的另一个重要原因。这点由以下几方面因素产生:

1、空预器吹灰频率低造成空预器积灰严重;

2、脱硫吸收塔结垢;

3、脱硝系统投入运行后,造成系统阻力增加;

4、实际运行中负荷、积灰、结焦、燃烧工况变化等都会影响系统阻力变化。

3、异常应对措施

在异常原因分析中我们知道了引风机变频启动中负压变化大的主要原因是 “抢风”;并从设备信号、运行操作、经验管理三个方面详细分析了问题原因;所以我们将从三个方面解决问题:

一、设备信号方面:

增加引风机变频器冷却风机故障、变压器温度高、柜温高、变频器过电流、电机过电流、单元温度高等重要参数的报警(光字牌及报警一览)。

二、运行操作方面:

对比分析引风机变频启动并列发生“抢风”现象和引风机工频启动并列未发生“抢风”现象,我们得知合理利用两台引风机合成特性曲线中驼峰的变化是避开抢风区的关键。根据理论和实践相结合的方针制定了“机组运行中引风机变频启动并列操作步骤”指导性规范。

机组运行中引风机变频启动并列操作步骤:

1、待并引风机启动条件同工频启动相同;

2、检查“QF3”开关在断开位置;

3、启动待并引风机主开关;

4、合“QF2”开关;

5、合“QF1”开关;

6、变频器充电三分钟后,启动变频器;

7、调节变频指令自动到“30%”,对应频率为15HZ;

8、根据炉膛压力缓慢开启待并引风机变频指令至“90%”,对应频率为45HZ,保持不动;

9、逐渐开大待并引风机静叶开度,根据炉膛负压关小运行引风机静叶开度直至两台引风机出力均衡;

10、逐渐开大A、B引风机静叶,根据炉膛压力,减小A、B引风机变频器频率;直至A、B引风机静叶开至“75%”开度保持不动。

11、根据炉膛压力,将两台引风机变频器出力调平后投自动。

三、经验管理方面:

1、运行中注意监视空预器进出口压差变化,加强空预器定期吹灰,合理控制空预器吹灰间隔和频率;机组停运期间,对空预器彻底冲洗,以减小烟道阻力;

2、机组停运期间,联系辅控做好脱硫吸收塔方面冲洗;

3、运行中重点监视脱硝反应器进出口差压,控制好脱硝热解炉入口烟温和出口温度防止发生结晶,加强脱硝反应器定期吹灰;机组停运期间,对脱销反应器彻底清理;

4、引风机并列过程中,维持负荷稳定,调整至合理的燃烧工况,尽量减少系统阻力。

4、效果评价

1、增加引风机变频器冷却风机故障、变压器温度高、柜温高、变频器过电流、电机过电流、单元温度高等重要参数的报警(光字牌及报警一览)。报警信号的增加,保证了在运行巡检之外对引风机变频器监视,为及时发现变频器故障提供可能,使运行人员能够及时发现变频器的异常,及时作出处理,避免引风机变频器异常扩大,减少引风机跳闸事故的发生。

2、“机组运行中引风机变频启动并列操作步骤”指导性规范,为运行人员变频并列引风机提供了参考,降低了低负荷并列引风机对锅炉燃烧的影响,保证了机组的安全。

3、运行中合理调节锅炉燃烧工况,加强监控调整水平烟道及空预器积灰、结焦;加强监控调整脱销系统积灰、结晶,减少了引风机入口系统阻力,为低负荷引风机变频并列提供了良好的先天环境。

以上观点,属个人见解,如有错误,请指正。

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