熱電公司在對(duì)全廠6kV輔機(jī)進(jìn)行節(jié)能效果預(yù)測分析后，決定采用高壓變頻器對(duì)鍋爐排粉風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻改造。排粉風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)均是電廠的重要輔機(jī)，運(yùn)行中一旦出現(xiàn)故障停運(yùn)輕則影響機(jī)組負(fù)荷，重則將導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)。為確保設(shè)備的可靠性，改造采用了一拖一帶自動(dòng)旁路功能的高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行中的工變頻切換和變頻器故障時(shí)自動(dòng)切換至工頻旁路的功能。

1 高壓變頻器的自動(dòng)旁路功能

改造采用的一拖一帶自動(dòng)旁路功能的AMPERETM高壓變頻器一次接線圖如圖1所示，它的自動(dòng)旁路具備三個(gè)功能，既在變頻器正常運(yùn)行時(shí)變頻器由變頻狀態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)運(yùn)行、變頻器由工頻狀態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)為變頻狀態(tài)運(yùn)行和在變頻器重故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)運(yùn)行。

變頻器切換時(shí)QF均保持合閘狀態(tài)，由變頻狀態(tài)切換至工頻狀態(tài)時(shí)，變頻器停止輸出，并依次斷開J2、J1后再合上J3，通過接觸器動(dòng)作間隔配合來實(shí)現(xiàn)“慢速切換”，保證電動(dòng)機(jī)重新合上電源時(shí)電動(dòng)機(jī)上的電壓小于電動(dòng)機(jī)的允許起動(dòng)電壓（1.1 倍電動(dòng)機(jī)額定電壓）。

當(dāng)變頻器由工頻狀態(tài)切換至變頻狀態(tài)時(shí)，先斷開J3再依次合上J1、J2，利用AMPERETM高壓變頻器特有的“STT”（Speed Tracing Technology）技術(shù)實(shí)現(xiàn)變頻器在調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速下，無需停車即可直接啟動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)時(shí)無任何電流沖擊。

K1與K2只是在檢修時(shí)由手動(dòng)斷開以形成明顯的斷開點(diǎn)，確保工作人員的安全，在工頻和變頻狀況下均處于閉合狀態(tài)。

然而高壓變頻器自動(dòng)旁路要能夠?qū)崿F(xiàn)成功的切換并不能簡單的認(rèn)為只是變頻器自動(dòng)旁路能進(jìn)行切換，筆者認(rèn)為應(yīng)該同時(shí)滿足如下3個(gè)條件：

（1）變頻器自身各元件動(dòng)作正確，自動(dòng)旁路能實(shí)現(xiàn)正常切換；

（2）變頻器至DCS的各信號(hào)正常，切換過程迅速，對(duì)運(yùn)行參數(shù)的擾動(dòng)較小，不會(huì)引起熱工保護(hù)動(dòng)作；

（3）切換時(shí)電流沖擊在保護(hù)范圍內(nèi)，不會(huì)引起變頻器自身保護(hù)或電源開關(guān)繼電保護(hù)動(dòng)作。

2 高壓變頻器的自動(dòng)旁路切換策略

在實(shí)際工程應(yīng)用中，不同電廠對(duì)參與熱工保護(hù)邏輯的變頻器信號(hào)選擇各不相同，變頻器自動(dòng)切換策略也大相徑庭。 以下介紹電廠高壓變頻器的控制策略。

（1）變頻器與DCS接口信號(hào)

電廠在DCS系統(tǒng)中采用電源斷路器QF位置信號(hào)作為風(fēng)機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，參與所有相關(guān)的熱工保護(hù)邏輯；同時(shí)由變頻器提供J3常開輔助接點(diǎn)作為工頻狀態(tài)信號(hào)，J1常開輔助接點(diǎn)與J2常開輔助接點(diǎn)串聯(lián)后作為變頻狀態(tài)信號(hào)，而未單獨(dú)提供J1、J2狀態(tài)信號(hào)，工頻狀態(tài)和變頻狀態(tài)信號(hào)僅作為變頻器的狀態(tài)顯示和工/變頻切換時(shí)的輔助判斷條件，不參與風(fēng)機(jī)相關(guān)的熱工保護(hù)邏輯。

相比采用工頻狀態(tài)和變頻狀態(tài)作為風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)，和改造前同樣采用QF作為風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)，改造前后相關(guān)的熱工聯(lián)鎖、保護(hù)幾乎可以不用進(jìn)行修改，大大簡化了熱工邏輯；同時(shí)避免了因?yàn)檫w就切換過程中工變頻狀態(tài)信號(hào)存在短暫消失而在熱工聯(lián)鎖、保護(hù)中設(shè)置延時(shí)，保證了熱工聯(lián)鎖、保護(hù)的及時(shí)性。

在接口信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)，特別是對(duì)于采用變頻器工、變頻狀態(tài)作為風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)時(shí)，須直接采用接觸器的輔助觸點(diǎn)，而不能采用通過擴(kuò)展繼電器或者變頻器PLC合成的信號(hào)作為變頻器的工、變頻狀態(tài)信號(hào)，否則一旦控制回路失電就可能引起狀態(tài)信號(hào)丟失，導(dǎo)致DCS邏輯誤判斷，筆者就了解到曾有電廠因?yàn)檫@個(gè)原因引起熱工保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致風(fēng)機(jī)跳閘。

（2）工/變頻轉(zhuǎn)換的DCS邏輯

在有計(jì)劃性的進(jìn)行變頻器工/變頻切換時(shí)，可以先對(duì)變頻器和風(fēng)門進(jìn)行調(diào)整，滿足預(yù)先設(shè)置好的條件，盡量減少變頻器切換過程對(duì)運(yùn)行參數(shù)的擾動(dòng)。

以排粉風(fēng)機(jī)為例，在進(jìn)行工頻轉(zhuǎn)變頻操作前，須先在DCS中將變頻器目標(biāo)頻率設(shè)為50Hz，以便在變頻器切換至變頻狀態(tài)并自啟動(dòng)成功后能自動(dòng)提速至50Hz。變頻器工頻轉(zhuǎn)變頻的邏輯如圖2所示。

在進(jìn)行變頻轉(zhuǎn)工頻操作前，須在穩(wěn)定出口風(fēng)壓的情況下逐漸關(guān)小風(fēng)門，同時(shí)提高變頻器的運(yùn)行頻率，只有在變頻器運(yùn)行頻率大于48Hz（接近工頻）時(shí)才允許進(jìn)行切換操作。變頻器變頻轉(zhuǎn)工頻的邏輯如圖3所示。

（3）風(fēng)門擋板的超馳控制

在變頻器故障退出切換至工頻旁路時(shí)，為減少對(duì)運(yùn)行參數(shù)的擾動(dòng)，必須盡快關(guān)小相應(yīng)風(fēng)門。

同樣以排粉風(fēng)機(jī)為例，通過風(fēng)機(jī)試驗(yàn)確定了風(fēng)壓與風(fēng)門開度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通常情況下工頻狀態(tài)時(shí)風(fēng)門擋板開度約為45%，而當(dāng)風(fēng)門擋板開啟到75％左右時(shí)其通流特性已經(jīng)與開度100％相差無幾。

為了縮短變頻器故障切換至工頻旁路時(shí)擋板自動(dòng)關(guān)回時(shí)間，同時(shí)也為了防止擋板在端部可能發(fā)生的卡滯，變頻狀態(tài)時(shí)擋板開度固定在80%，變頻器故障切換時(shí)觸發(fā)排粉風(fēng)機(jī)風(fēng)門動(dòng)作條件，排粉風(fēng)機(jī)風(fēng)門迅速按照DCS中預(yù)先設(shè)定的參數(shù)關(guān)小到對(duì)應(yīng)的開度（45%），從而令變頻器故障切換過程中出口風(fēng)壓變化更為平滑和穩(wěn)定。變頻器故障時(shí)風(fēng)門擋板的超馳控制邏輯如圖4所示。

3 高壓變頻器的繼電保護(hù)配置

高壓變頻器在工頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電源開關(guān)保護(hù)裝置保護(hù)范圍應(yīng)為開關(guān)出線以及電動(dòng)機(jī)本體；當(dāng)風(fēng)機(jī)在變頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電源開關(guān)保護(hù)裝置的保護(hù)范圍應(yīng)為開關(guān)出現(xiàn)以及移相變壓器，電動(dòng)機(jī)成為與廠用電母線隔離后的高壓變頻器的負(fù)荷，因而對(duì)于電動(dòng)機(jī)的保護(hù)應(yīng)由高壓變頻器實(shí)現(xiàn)。

因?yàn)闊o法實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置或保護(hù)定值的自動(dòng)切換，具備自動(dòng)旁路功能的高壓變頻器只能在電源開關(guān)配置一套保護(hù)裝置和定值。為了保證電動(dòng)機(jī)的工頻正常啟動(dòng)，定值須按電動(dòng)機(jī)保護(hù)進(jìn)行整定，同時(shí)電流速斷保護(hù)應(yīng)按移相變壓器低壓側(cè)×小短路電流進(jìn)行保護(hù)靈敏度校驗(yàn)。

若靈敏度能滿足要求，J1可以選擇真空接觸器，短路故障通過電源開關(guān)切除；若靈敏度不能滿足要求，因?yàn)檎婵战佑|器限分?jǐn)嚯娏髂芰^差，J1應(yīng)選擇真空斷路器，通過變頻器輸入速斷保護(hù)或配置專用保護(hù)裝置切除短路故障。

4 高壓變頻器自動(dòng)切換的實(shí)際效果

改造后，針對(duì)高壓變頻器自動(dòng)旁路切換功能進(jìn)行的一系列試驗(yàn)，以#2爐B排粉風(fēng)機(jī)切換試驗(yàn)為例，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

（1）人工將變頻器由工頻轉(zhuǎn)變頻運(yùn)行：從切換開始到變頻器頻率升至50Hz約12秒，期間電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速×多時(shí)僅下降約4%，出口風(fēng)壓幾乎未發(fā)生變化，變頻器故障切換時(shí)各參數(shù)趨勢如圖5所示；

（2）人工將變頻器由變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行：從切換開始到工頻旁路投入僅2秒，出口風(fēng)壓幾乎未發(fā)生變化，變頻器故障切換時(shí)各參數(shù)趨勢如圖6所示；

（3）變頻器重故障跳閘切換至工頻運(yùn)行：從故障信號(hào)發(fā)出到出口風(fēng)壓穩(wěn)定降至正常值的過程約25秒，入口風(fēng)門開度由79%關(guān)至44%，出口風(fēng)壓由2.04kPa升至2.25kPa，期間出口風(fēng)壓值×高值達(dá)到2.83kPa，并未對(duì)鍋爐運(yùn)行造成大的影響。變頻器故障切換時(shí)各參數(shù)趨勢如圖7所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，正常情況下變頻器能順利實(shí)現(xiàn)工/變頻切換，但為避免極端情況下可能存在切換失敗和對(duì)電動(dòng)機(jī)電流沖擊的風(fēng)險(xiǎn)，正常情況下均采用變頻方式啟停風(fēng)機(jī)，不進(jìn)行工/變頻切換操作，僅在緊急狀態(tài)下使用切換功能。

5 結(jié)束語

電廠高壓變頻器投入運(yùn)行已有一年多時(shí)間，變頻器投運(yùn)后發(fā)電廠用電率下降了約0.6個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)能效果顯著。同時(shí)變頻器在全部5次因各種原因故障跳閘時(shí)均成功切換至工頻旁路運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)了在工頻旁路運(yùn)行時(shí)對(duì)變頻器故障的處理及修后自動(dòng)切換至變頻狀態(tài)運(yùn)行。未發(fā)生過因?yàn)楦邏鹤冾l器導(dǎo)致機(jī)組減出力或停運(yùn)的情況，確保了電廠的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行。