空预器控制系统可靠性提升研究

0引言

在火力发电机组中,空预器将空气提前加热到一定的温度,回收了尾部烟气中的热量的同时又能够降低排出烟气的温度。如果单侧空预器发生异常导致停运,机组将被迫限带一半负荷;如果双侧空预器均发生异常导致停运,机组将会被迫停运。因此,空预器对于火力发电厂的重要性不言而喻。对于电气专业来说,如何提高空预器控制系统的可靠性显得格外重要,这不仅是提高火力发电厂空预器运行可靠性的重要保证,更是保障机组平稳运行的关键性举措。

1案例

1.1案例一

某火力发电厂1000 MW机组,事故发生时带负荷900MW,给水流量2640t/h,A、B、C、D、E、F六台磨煤机运行,监盘人员发现“B空预器停转”报警,同时空预器出口烟气温度开始缓慢上涨,并报B空预器火灾报警信号,监盘人员立刻退出AGC减负荷至500MW 进行故障处理。经查,故障时锅炉B空预器主电机运行信号存在,变频器电流在15~22 A范围内波动,但B空预器的停转信号来,且火灾报警信号出现,到就地确认主电机已停运,空预器也已停运。此次异常事件确认当时情况为B空预器主电机已停运,B空预器也已停转,但由于运行信号没有消失,因此辅电机无法正常启动。事件的主要原因为送“B空预器主电机运行信号”的继电器发生故障损坏导致不正常变位,在B空预器主电机实际已经停运的情况下送出信号异常,使得DCS逻辑产生误判。

1.2案例二

某火力发电厂1000 MW机组,事故发生时带负荷600 MW,给水流量1 910 t/h,B、C、E、F四台磨煤机运行中,突然盘前A空预器停止信号触发,联跳A侧三大风机,同时中层C、E磨煤机也相继发生跳闸。经查,故障时锅炉A空预器主电机运行信号消失,盘前变频器电流显示稳定在12.24 A左右,A空预器停转信号没有来,火灾报警信号也未出现,到就地确认主电机仍在运行,A空预器也未停转。此次异常事件的主要原因为送“A空预器主电机运行信号”的继电器发生故障导致不正常变位,使得主电机在实际正常运行的情况下,DCS逻辑误判主电机已停止,且由于电机及轴转动正常,辅电机无法由DCS指令进行启动。

1.3案例三

某火力发电厂1000 MW机组,事故发生时带负荷800MW,给水流量2460t/h,A、B、C、E、F五台磨煤机运行中,突然盘前A空预器主电机运行信号消失,锅炉触发RB保护动作,联跳A侧三大风机,同时中层C、E磨煤机也相继发生跳闸。经查,故障时锅炉A空预器主电机运行信号消失,盘前变频器电流显示稳定在12.87 A左右,A空预器停转信号没有来,火灾报警信号也未出现,到就地确认主电机仍在运行,A空预器也未停转。此次事件的主要原因是A空预器主电 机运行信号所对应的DCS系统IO柜端子板上的保险故障,导致该保险控制的8个通道上的开关量全部消失,其中就包括A空预器主电机运行信号,因此DCS 逻辑判断A空预器停运,锅炉触发RB保护动作,联跳同侧风机。

2 典型常规回路图

火力发电机组空预器主、辅电机典型常规回路^[1]如图1所示。回路控制电源采用直流24 V,控制方式由就地控制箱上的远方/就地旋钮进行切换。KS14为启/停继电器,设备远方或就地启动后继电器KS14将通过本身的常开点进行自保持。为限制设备启动时产生的大电流并实现调速控制,空预器电机一般都配备有变频器,让设备能够平滑启动,避免拉低母线电压。由于单台空预器的主电机和辅电机同轴,两台电机在任何时候都不可以同时运行,否则将会损坏减速箱齿轮,一旦减速箱齿轮损坏,检修时间将非常长,机组将面临长时间单侧风烟系统停运、被迫限一半负荷的不利情况,一旦另一侧风烟系统发生其他异常,机组将会被迫停运,这对于机组能够满足正常带负荷和安全稳定运行的要求来说都是绝不允许的。因此,正常情况下主电机在运行,带着轴旋转,辅电机不运行,在轴上跟转,为防止主、辅电机同时运行导致设备损坏,在两台电机的控制回路之间设有联锁抑制回路,即如果主电机在工作必须抑制辅电机启动和工作,同理,如果辅电机在工作也必须抑制主电机启动和工作。

3 可靠性提升措施

3.1电气控制回路改进

在典型常规回路图(图1)中,来自另一台电机的常闭联锁抑制接点串于启/停继电器KS14自保持接点的外侧,最初的设计逻辑为“如果一台电机在运行将切断另一台电机的运行回路”,在这种情况下,如果该接点因氧化、接触不良等原因误断开,则实际正常运行的电机将会发生误跳闸。改进后的电气控制回路图如图2所示,将来自另一台电机的常闭联锁抑制接点移至启/停继电器KS14自保持接点的内侧,设计逻辑优化为“如果一台电机在运行将使另一台电机无法启动”,即一台电机正常运行时,另一台电机不论在就地还是在远方控制下都无法启动,改进后,在保证联锁抑制功能能够正常实现的前提下,如果在电机正常运行时该常闭联锁抑制接点误断开,也不会使正常运行中的电机误跳闸,提升了电机的运行可靠性。

3.2 空预器相关控制逻辑优化

3.2.1 电机停运逻辑优化

“空预器电机停运信号”由就地空预器变频器控制箱内KS14继电器常闭接点送出。采用单一开关量信号作为“空预器电机停运”的判断条件,可靠性较低,若在空预器电机正常运行的情况下,KS14继电器常闭接点因某些原因导通,将误判空预器电机停运。

判断逻辑可通过如下方法优化:在就地空预器变频器控制箱中增加一个运行信号继电器(与KS14继电器同步励磁),将该新加继电器的常开接点送 出,作为“空预器电机运行信号”加入逻辑判断。同时取空预器变频器输出的电流模拟量信号加入相关逻辑进行综合判断。 优化后的“空预器电机停运”逻辑如下:以下a、b、c条件三取二进行逻辑判断后,延时3 S后判“空预器电机停运”。

a.“空预器电机停运信号”来;

b.“空预器电机运行信号”没来;

c.“空预器电机电流”小于平时正常运行电流的30%。

同时,a、b、c任一条件满足应触发声光报警,便于监盘人员及时发现并通知检修人员进行处理,避免出现误判空预器电机停运的情况。

此外,为进一步提升“空预器电机停运”逻辑判别条件的可靠性,条件a和条件b中送至DCS的信号宜分别取自空预器变频器控制箱中不同继电器的辅助接点,即不应该使用同一继电器的常开点和常闭点,否则,如果该继电器发生故障,可能导致条件a和

条件b同时满足,使得DCS产生误判。同理,条件a和条件b中送至DCS的信号宜分别送至DCS系统IO柜的不同板卡上,否则,一旦该板卡出现异常情况发生故障,可能导致条件a和条件b同时满足,造成DCS误判“空预器电机停运”。

3.2.2空预器停转逻辑优化

“空预器停转”常规判断逻辑如下:空预器主电机停运,同时辅电机也停运,延时1 min后判断^[2]。

判断逻辑可通过如下方法进行优化:在空预器本体增加转速开关提供开关量信号(三取二)送至DCS进行辅助判断,同时,结合不同机组在空预器停转后的实际出口烟气温度变化情况,增加出口烟气温度定值作为报警及判断空预器停转的辅助条件。

为提升“空预器停转”逻辑判断的可靠性,优化后的逻辑如下:以下a、b、c条件三取二进行逻辑判断后,延时1 min后触发空预器停止信号。

a.“空预器主电机停运”来,且“空预器辅电机停运”来;

b.“空预器本体转速开关停转信号(三取二)”来;

c.空预器出口烟气温度大于某值(由实际运行情况进行设定)。

3.3 空预器控制箱运行环境改善

在火力发电厂中,空预器变频器控制箱都位于锅炉区域,一般为敞开式布置,该区域煤粉、灰尘较多,空气质量较差,运行环境比较恶劣。受环境中粉尘、盐雾及雨水影响,控制箱体容易出现腐蚀,同时控制箱柜门上的密封垫将会随着时间的推移逐渐老化,箱体密封性逐渐降低,久而久之将导致控制箱内容易出现电子元器件积灰、金属端子氧化、变频器受潮损坏等情况,电子元器件积灰、金属端子氧化可能导致继电器辅助接点接触不良或不正常变位,而变频器损坏将直接导致其所控制的电机停运。不仅如此,由于空预器变频器需要长期带电运行,变频器内部电子元器件持续发热造成就地控制箱内温度升高,将大大加快元器件老化。

为改善空预器变频器控制箱的运行环境,可在空预器变频器控制箱所处位置搭建一个方形封闭小间,该小间整体采用钢结构,房屋墙体及屋顶采用双层夹芯彩钢板,地面底座采用镀锌钢板,屋顶采用四条热镀锌钢梁加固,保证小间整体架构牢固,具备较强的耐腐蚀和防水性能。同时在小间内加装空调,保证小间内温度恒定,在控制箱体外部设置两个风扇(一个用于进风一个用于出风)来加强控制箱内外通风,防止变频器在不通风狭小空间内运行过程中发生过温跳闸的异常情况。该小间不仅能够最大程度地隔绝进入变频器控制箱的灰尘和潮气,防止电子元器件受损,而且完美地解决了设备长时间带电运行所衍生出来的散热问题。此举不仅改善了空预器变频器控制箱的运行环境,而且对控制箱内的变频器及其他电子元器件起到了更好的保护作用。

4 结束语

从改进电气控制回路、优化相关判断逻辑、改善设备运行环境三方面入手,能有效提高火力发电厂空预器的运行可靠性,防止因控制回路及判断逻辑方面欠缺所导致的空预器异常停运事件发生,保障火力发电机组的安全稳定可靠运行,具有一定的实践价值和推广意义。

[参考文献]

[1]王新中,王云辉.空预器主电机及气动马达切断电磁阀控制回路改造[J].电力安全技术,2010,12(8):38-39.

[2]范永江.大型火力发电厂空预器永磁联轴器改造及控制逻辑优化[J].仪器仪表用户,2017,24(11):90-92.

2025年第1期第2篇