文/魏明勇

1 概况

一次风机是火力发电厂内的重要辅机，容量大、耗电多，且长期处于低负荷状态，节能空间大。某发电企业装机容量4*300MW 共1200MW。锅炉系采用控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置燃煤锅炉。其中#1～#4 炉的8 台一次风均为2118AZ/944/8 双吸离心式风机，出力过大，变频改造前常用负荷率为70%左右，一次风机导叶开度经常在30%～50%之间，一次风机运行工况偏离高效区，电耗高。通过对四台机组一次风机进行变频改造，大大降低厂用电，达到节能目的。改造利用原有一次风机高压开关QF1，作为此次改造的变频器上级电源开关，加装高压通用变频器及一路工频旁路开关QF3，改造后的一次风机变频器一次回路接线示意图如图1：正常运行时，一次风机变频进线刀闸QS1、变频出线刀闸QS2 在合闸位置，通过控制一次风机变频器接触器KM1、KM2 进行变频带载运行，当变频器出现重故障时自动切换至旁路开关QF3，由旁路开关QF3 带载工频运行。

2 变频器调试中发现问题

虽然变频器应用已经比较普遍，变频技术原理也比较成熟，但由于现场设备工况及需求不一样，在调试过来中，发现原来标准变频器逻辑程序中也存在一些不合理的地方，具体表现为以下几个问题：

（1）2018年5月13日9:35 分，启动3A一次风机变频器运行时，当变频器频率升到21 赫兹时，变频器装置报变频器过流重故障，4 秒后自动切换工频旁路运行，6KV 3A 一次风机开关电源报堵转过流动作出口跳闸；

（2）2018年5月13日15:43 分，3A 一次风机变频器试转结束，DCS 系统画面上操作停止时，当变频器频率降到18 赫兹时，变频器装置报变频器过压重故障，4 秒后自动切换工频旁路运行；

（3）2018年5月13日22:10 分，启 动3A、3B 一次风机变频运行，配合热工人员做一次风机运行中发生重故障引起的变频切工频试验。其中在模拟3A、3B 一次风机重故障时，虽然变频器检测到系统重故障自动停止运行，但未自动切换为旁路开关工频运行，3A、3B一次风机停运。

3 问题分析

针对一次风机现场调试中出现的问题，立即对一次风机变频器PLC 逻辑程序进行梳理及分析，发现一次风机变频器原有逻辑程序中确实存在一些不完善的地方，现结合调试中的几个问题逐个分析如下：

（1）按照原来的设计逻辑，一次风机变频器启动前，一次风机入口导叶开度需处于全开位置，一次风机出口门处于关闭位置。启动后随着一次风机变频器频率的增加，当变频器频率到达25 赫兹时，DCS 系统输出指令去开启一次风机出口门。但在实际调试中发现，如果启动过程中，一次风机变频器频率还未到达25 赫兹，此时变频器重故障（常见原因有加速时间设置不合理，导致升速过快，容易发生变频器过流重故障），按原来的设计要求，重故障后会自动切换工频直接启动，由于此时一次风机入口导叶开度为全开状态（工频启动时，一次风机导叶开度一般为30%～50%），一次风机出口门处于全关状态，工频全压启动会对机械设备造成冲击，还由于打闷泵导致一次电流急速增加，最终造成上级电源开关QF1过流保护动作出口跳闸。

（2）DCS 系统输出正常停机指令，一次风机变频器收到远方停止指令后，执行停机程序，频率输出逐渐降低，当频率降为25 赫兹时，DCS 系统发出关一次风机出口门指令，频率继续降低直至为零后，跳开一次风机变频器进线接触器KM1、出线接触器KM2,一次风机正常停机。但在实际停机过程中，由于变频器减速时间设置偏小，导致变频器降速过快，出现变频器过压重故障，按原来的设计要求，重故障后会自动切换工频直接启动，同样此时一次风机入口导叶开度为全开状态，一次风机出口门已收到并执行关指令，一次风机出口门处于关状态，工频全压启动会对机械设备造成冲击，且无法达到正常停机的目的。

（3）为了解决一次风机变频器停机过程中，出现重故障自动切换工频运行的问题，变频器厂家修改了逻辑，但在后续的现场验证试验中发现，修改后的程序还存在BUG,只要执行过一次停机命令，变频器将会闭锁变切工指令，重启一次风机后闭锁变切工指令不会消失，此时如果发生一次风机变频器重故障，不会自动切至旁路工频运行。

图1

4 后续改进措施

经过对一次风机的逻辑程序梳理和分析，对一次风机变频器原有逻辑程序中不完善的地方进行逻辑优化修改，在原有的一次风机变频器PLC 程序中，增加变频切工频的闭锁条件：

（1）增加变频器重故障切换工频运行的频率模拟量判据，当频率低于25 赫兹，将闭锁变频器重故障切换工频运行的功能，这样可以避免启动过程中，由于出口门未开启，工频全压启动对设备的冲击；当频率高于25 赫兹，将开放变频器重故障切换工频运行的功能，如果此时变频器发出重故障将会自动切至旁路工频运行，由于一次风机出口门已开启（频率大于25 赫兹，DCS 系统发出开出口门指令），不会对机械设备造成冲击；

（2）增加正常停机过程变频器重故障切换工频运行的判据，变频器厂家修改了逻辑，修改逻辑程序截图如图2所示。

在上述逻辑程序中，M14.5 是一次风机变频器停机标识位，如果此标识位状态为1，则会发出指令禁止自动变切工功能。T240 是定时器，其前面的|P|表示上升沿触发。

按图2中的程序执行结果：M14.5 不会被复位。M18.3 从0 变大1 时，上升沿触发启动延时中继T240，只能执行1 个扫描周期，这样T240 就不能执行定时功能。因此，一旦远方发出过变频停止指令后，上升沿触发启动M14.5，M14.5 标识位状态为1，将闭锁变切工指令，导致该段程序只会执行一次，此时如再次发生一次风机变频器重故障，不会自动切至旁路工频运行。

（3）虽然通过上面的程序优化，有效解决了停机过程中，变频器发生重故障后自动切换到旁路工频运行的问题，但同时又衍生出另一个问题，即停运一次后，再次启动后变频器发生重故障，无法自动切换至旁路工频运行，针对这个情况，重新梳理并修改逻辑，修改后程序如图3所示。

删除|P|的上升沿触发，确保T240 能正常工作。此程序的执行结果：一次风机变频器正常运行时，由于M14.5 未启动，一次风机变频器不会发出闭锁变切工指令，此时变频器重故障，系统会正常切换为工频运行，一旦当远方发出停止指令后，M18.3 会被置位为1，启动定时器T240,达到预定时间后启动M14.5,一次风机变频器发出闭锁变切工指令，此时发生变频器重故障，不会自动切换到旁路工频运行，一旦变频器停止后，输入开关和输出开关KM1、KM2 均分断，会对M18.3 进行复位为0，复归M14.5，为下一次变切工做好准备。

一次风机变频器逻辑程序优化修改后，通过现场实际试验进行逻辑验证，试验结果正确，符合预期效果。

图2

图3

5 结语

随着智能化技术及变频技术的发展，变频技术在工程应用中越来越普遍，但由于变频器内部程序及一些暗逻辑平常无法查看，所以要求变频器逻辑一定要通过现场相应的试验进行逻辑验证。虽然这次变频器改造暴露出的问题是在试验中发生的，未造成实际的负荷损失，但如果在实际运行中发生变频器重故障无

法自动切换工频旁路的问题，轻则会引起机组减负荷，重则引起机组停机的不安全事件，从这次一次风机变频改造中暴露的问题，也突出了PLC 逻辑程序管理的重要性，凡是涉及到内部逻辑程序的新改造设备或者内部逻辑程序修改，不能盲目相信厂家以及凭经验判断和简单的逻辑推断，都必须进行相应的现场试验，验证逻辑的正确性，这样才能确保设备安全可控在控。