CN201072134Y - 炉膛安全给粉控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及火力发电厂锅炉给粉机的变频调速控制系统，具体讲为一种炉膛安全给粉控制系统，该系统针对现有的控制电路抗晃电能力差，经常造成事故停炉的情况发生。本实用新型的控制系统在电网晃电时，可以确保给粉系统安全平稳地工作，使炉膛平稳度过晃电期。该系统供电采用交直流两种供电电源，其工作电路包括依次串接的断路器、接触器、压差切换控制开关、给粉机变频器、工作电机组成的直流回路，交流供电经充电机、蓄电池组成的复式供电方式向工作电路供电；其控制电路包括检测单元、控制单元、监测单元，它们之间通过RS485工业通讯总线连接，检测单元、控制单元与监测单元对关联的工作电路组成部分进行通讯、采集和控制。

Description

炉膛安全给粉控制系统

技术领域

本实用新型涉及火力发电厂锅炉给粉机的变频调速控制系统，具体讲为一种炉膛安全给粉控制系统，该系统用于电网晃电时确保给粉系统安全平稳地工作。

背景技术

目前，多数电厂的给粉系统使用的变频调速系统，通过DCS或操作台输出4～20mA信号控制变频器的转速来实现给粉调节。变频器的起、停、故障和1C/2C电源等信号再返送给炉膛安全监控系统FSSS，通过这些信号来判断给粉全停逻辑，并引发主燃料切断MFT动作。

给粉调速系统的配电柜，多采用1C/2C分别供电、3C备自投切换方式，当有主燃料切断MFT动作时，采用大联锁切除给粉变频1C/2C电源，停止供粉。这种给粉调速系统最大的问题就是抗晃电能力差。

1)控制电路抗晃电能力差。这种给粉变频调速系统的成套比较陈旧，特别是靠操作台来控制调速的系统，控制电路都是设计安装在变频器柜内，当厂用电晃电时，控制电路失电，无法达到调速控制目的。有些DCS的信号输入需要电压-电流信号转换，这种转换模块也成套在变频柜内，当电网晃电时，这些信号也一样无法送达DCS。

2)变频器本身抗晃电能力差。当厂用电瞬间跌落或备自投切换时，变频器会欠压保护，当电压恢复时，变频重启动。这是变频器设计原理决定的，所有厂家的变频器都存在这种问题。

3)1C/2C接触器抗晃电能力差，有很多电厂存在晃电时接触器先跳闸的问题，但这是表面问题，即使接触器不跳闸，变频器也会因为瞬间失电跳闸，给粉系统一样无法正常工作。

从根源上杜绝和制止晃电基本上是无法实现的，解决这一问题目前主要的应对措施：

1、炉膛安全监控系统FSSS的给粉机全停逻辑延时(2～5S)，给粉机变频器设置快速重启动，等待电网恢复后给粉机变频器重启动，这既违反了电厂管理规程，又不能从根本上消除炉膛在晃电时的安全隐患。延时短，不可避免停炉；延时长，有更严重的事故隐患，延时签字人员还要为事故埋单。

2、更换给粉机变频器。如AB某款变频器最大失电工作时间可以做140ms但也躲不过备自投切换的1.8S。另外原给粉变频调速系统的控制电路在晃电时仍无法正常工作。

3、交流在线UPS。电厂的其他自动控制系统无一例外的配有220VUPS。但给粉调速系统为三相感性负载和单相阻性负载并存，因UPS容量、转换效率低、保护级别高、投资成本高等原因，也不适用于电厂给粉系统。

变频器内部的三种电源电压：

1)主电路的直流电压

带载低压限额一般为85％，个别变频器的低压限额标称较低，可以达到62％，但实际带载中会引起过流等保护。带载晃电时直流母线下降曲线几乎垂直，不带载时根据直流母线电容放电时间会不同。

2)控制回路的直流电压

因为是微机控制电路，对电压稳定度要求较高，时间常数较长。断电后电压下降速度较慢，15ms内跌落为零。低压限值可以达到50％。

3)逆变管驱动电路电压

由于低压变频器的逆变管是电压驱动器件，驱动电流非常小，对电压的要求也不十分严格，所以对于瞬间停电来说，可以不予考虑。但停电时间超过它的下降时间后，即使恢复电压，变频器也无法重启动。

现在火电厂给粉变频调速系统成为电厂内自动化程度最低的薄弱环节。实际使用过程中，因为电网晃电或备自投切换时，给粉机变频跳闸引起MFT动作，造成事故停炉的情况经常发生。这些事故给火电厂的生产造成了很大的经济损失，也成为现在火电厂安全事故的高发区。如何采用一套高效的炉膛安全给粉控制系统成为火电厂的首要选择。

发明内容

本实用新型针对目前现有技术存在的问题，提供一种炉膛安全给粉控制系统，该系统在电网晃电时，可以确保给粉系统安全平稳地工作，使炉膛平稳度过晃电期。

本实用新型的目的是通过以下措施实现的：

一种炉膛安全给粉控制系统，其特征在于供电采用交直流两种供电电源，其工作电路包括依次串接的断路器、接触器、压差切换控制开关、给粉机变频器、工作电机组成的直流回路，交流供电经充电机、蓄电池组成的复式供电方式向工作电路供电；其控制电路包括检测单元、控制单元、监测单元，它们之间通过RS485工业通讯总线连接，检测单元、控制单元与监测单元对关联的工作电路组成部分进行通讯、采集和控制。

复式供电方式指交流电源经充电机向工作电路及蓄电池供电，充电机与蓄电池通过转换开关接入工作电路。工作电路由多组上述的直流回路并接而成。

压差切换控制开关包括晶闸管与模拟电路，模拟电路包括稳压管、二极管、电阻、可恢复保险丝，模拟控制电路的稳压管、二极管、电阻通过跳线方式选择一个或多个电阻，通过跳线选择一个或多个稳压二极管，模拟电路监测晶闸管阳极A和阴极K之间的压差，达到设定值晶闸管导通。

监测单元包括直流监控器、电池检测仪、绝缘监测仪以及触摸屏，控制单元采用PLC顺序控制器，检测单元采用抗晃电监控模块；电池检测仪与绝缘监测仪均通过RS485串行接口将检测的信号传送给直流监控器，直流监控器的信号输入、输出与抗晃电监控模块相应端口相接，各开关量检测端接直流控制器相应输入端，触摸屏与直流监控器实现通讯；抗晃电监控模块的欠压信号输出接PLC顺序控制器的信号输入端，给粉机变频器的信号输出接PLC顺序控制器输入端，接触器与断路器的控制端分别与PLC顺序控制器的信号输出端相连。所有控制电路由开关电源供电。

晃电监测模块包括CPU、存储器、交直流模拟量A/D采集电路、数字量光耦隔离采集电路、继电器开关量输出控制电路、模拟量输出控制电路和通讯接口。

压差切换控制开关选用RTC-101；抗晃电监控模块选用MDS-104；监控器选用MKV2A直流监控器；充电机选用GMP系列高频开关电源模块；断路器为直流断路器；接触器用ABB产品；PLC顺序控制器选用AB logix顺序控制器。

从系统安全级别入手，从断的可靠性入手，本实用新型采用直流支撑技术和安全连锁技术，专为火电厂设计的带有高压直流后备电源的炉膛安全给粉系统SGS解决了前述这些问题：确保电网晃电时，给粉系统安全平稳工作，使炉膛平稳度过晃电期。避免燃料瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集情况发生；杜绝给粉机因晃电频繁跳闸引起MFT动作造成不必要的事故停炉，也就取消了爆燃法点炉的必要；取消某些电厂因为给粉频繁跳闸，而对炉膛安全监控系统FSSS降低安全系数延时使用，最大限度发挥炉膛安全监控系统FSSS在炉膛安全保护中的作用；提高炉膛安全监控系统FSSS和给粉系统联锁的安全系数。

结合变频器原理和工作方式，直流支撑方式是解决变频器晃电跳闸的最好办法。

1)变频器的雏形是直流变频器，交流变频器只是在直流变频器的前端加上了整流器。随着直流支撑技术的发展和开关电源技术的发展，变频器的控制电源(DC/DC)和主回路电源都来自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。

2)直流支撑技术已经非常成熟。随着变频器的技术发展，直流支撑解决变频器的低压跳闸，已在其他安全级别要求不高的行业有成熟的应用。

从系统安全级别，以及从断的可靠性入手，本实用新型的安全给粉系统解决三个问题：

1、确保电网晃电时，给粉系统安全平稳工作，使炉膛平稳度过晃电期。避免燃料瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集情况，从而避免爆炉危险。

2、杜绝给粉机因晃电频繁跳闸引起MFT动作造成不必要的事故停炉，也就取消了爆燃法点炉的必要；取消某些电厂因为给粉频繁跳闸，而对炉膛安全监控系统FSSS降低安全系数延时使用，最大限度发挥FSSS在炉膛安全保护中的作用。

3、提高FSSS和给粉系统联锁的安全系数。

附图说明

图1为本实用新型的电原理图。

图2为压差切换控制开关的电路图。

图3为本实用新型的工作流程图。

图4本实用新型的正常工作模式示意图。

图5为本实用新型的电网晃电或备自投切换时的工作模式示意图。

图6为本实用新型检修工作模式示意图。

具体实施方式

本实用新型的主要元器件选用说明

1)电池组：使用中美合资冠军蓄电池有限公司系列全密封免维护铅酸蓄电池，七年设计寿命。

2)直流断路器、直流接触器、继电器、熔丝、按钮、指示灯等

A、电池输出断路器选用ABB产品，3极串联，提高分断能力，带热磁脱扣，速断容量2Ie。

C、接线端子。采用PHINIEX产品。

D、直流接触器用ABB产品。

E、PLC选用AB logix顺序控制器。

F、控制柜选用国产标准电控柜。

G、采用5.7″触摸屏，用以完成系统的运行控制。以报表和数据形式显示设备的运行状态、报警记录等，并可即时修改设备的运行参数。在触摸屏上存贮每次晃电时间，记录时间精确到秒。最少存贮最近的100次晃电时间。

H、充电模块：输入电压为380VAC±15％，输出(浮充电压值)可调，输出电流10A，两组串联，充电器纹波电压值＜±2％。

I、导线：一次接线采用适合相应电流电压等级的铜芯导线或铜排。单元内的二次接线采用最小截面为：电流回路2.5mm²，电压回路1.5mm²。所有端子连接片为压紧型，所有端子适宜铲形连接片的连接，线路两端都要带永久线标。所有柜内端子接线满足外部电力电缆终端和控制电缆接线端子的要求。

J、指示灯、按钮采用上海二工电器厂产品。

K、直流配电所用元件及控制柜均符合所用场合的电压、电流要求。所有断路器均应有过负荷热保护并有合适的电流定值，且所有断路器在出厂前按定值进行校验。配电柜侧应考虑所有屏蔽电缆的接地。

3)压差控制切换开关选用RTC-101，抗晃电监控模块选用MDS-104，监控器选用MKV2A直流监控器，充电机选用GMP系列高频开关电源模块。

如图1所示，本实用新型供电采用交直流两种供电电源，其工作电路包括依次串接的断路器、接触器、压差切换控制开关、给粉机变频器、工作电机组成的直流回路，交流供电经充电机、蓄电池组成的复式供电方式向工作电路供电；其控制电路包括检测单元、控制单元、监测单元，它们之间通过RS485工业通讯总线连接，检测单元、控制单元与监测单元对关联的工作电路组成部分进行通讯、采集和控制。压差切换控制开关包括晶闸管与模拟电路，模拟电路包括稳压管、二极管、电阻、可恢复保险丝，模拟控制电路的稳压管、二极管、电阻通过跳线方式选择一个或多个电阻，通过跳线选择一个或多个稳压二极管，模拟电路监测晶闸管阳极A和阴极K之间的压差，达到设定值晶闸管导通。

监测单元包括直流监控器、电池检测仪、绝缘监测仪以及触摸屏，控制单元采用PLC顺序控制器，检测单元采用抗晃电监控模块；电池检测仪与绝缘监测仪均通过RS485串行接口将检测的信号传送给直流控制器，直流控制器的信号输入、输出与抗晃电监控模块相应端口相接，各开关量检测端接直流控制器相应输入端，触摸屏与直流监控器实现通讯；抗晃电监控模块的欠压信号输出接PLC顺序控制器的信号输入端，给粉机变频器的信号输出接PLC顺序控制器输入端，接触器与断路器的控制端分别与PLC顺序控制器的信号输出端相连。所有控制电路由开关电源供电。

如图2所示，压差切换控制开关包括晶闸管与模拟电路，模拟电路包括稳压管、二极管、电阻、可恢复保险丝，模拟控制电路的稳压管、二极管、电阻通过跳线方式选择一个或多个电阻，通过跳线选择一个或多个稳压二极管，模拟电路监测晶闸管阳极A和阴极K之间的压差，达到设定值晶闸管导通。

晃电监测模块包括CPU、存储器、交直流模拟量A/D采集电路、数字量光耦隔离采集电路、继电器开关量输出控制电路、模拟量输出控制电路和通讯接口。

压差切换控制开关选用RTC-101，抗晃电监控模块选用MDS-104，直流监控器选用MKV2A，充电机选用GMP系列高频开关电源模块，接触器用ABB产品直流接触器，PLC顺序控制器选用AB logix顺序控制器。

如图3所示，本实用新型的工作过程如下：

1.变频器启动、停止控制逻辑

根据变频器的原理，变频器在交流供电或直流供电正常情况下在接受到启动接点指令后，即可投入运行。在变频器正常运行后有一反映变频器运行状态的接点信号闭合。变频器运行调速指令由DCS或PLC送来的4-20mA模拟信号实现。SGS炉堂安全给粉系统只需变频器或DCS提供变频器运行状态信号等，对变频器控制方式和性能无任何改变。

2.炉膛安全给粉系统SGS的逻辑图

炉膛安全给粉系统SGS的逻辑判断由PLC和抗晃电监控模块完成，并控制每个变频器直流回路的备份、投运和退出过程。

a.输入逻辑条件有：变频器运行状态接点信号，炉膛安全监控系统FSSS保护动作信号，排粉机的的工作状态信号和欠压保护动作信号等。

b.输出逻辑条件有：断路器、接触器的闭合断开信号

c.变频器交流母线电压正常条件下直流支撑系统投入过程

变频器电源端送入正常电压，变频器受电，内部CPU准备运行；控制设备、DCS或PLC顺序控制器或控制继电器送来启动运行指令。电机按模拟控制4-20mA电流决定变频器拖动电机的运行转速；等到系统正常运行后变频器状态接点闭合。

炉膛安全给粉系统SGS的PLC顺序控制器和抗晃电监控模块接受到变频器运行状态同时排粉机运行正常、炉膛安全监控系统FSSS未给出保护动作信号、且没有欠压保护动作信号，经过系统运算，满足系统备份条件时，向断路器、直流接触器发出合闸指令，这时各直流回路处于备份状态。

d.变频器电源晃电时其直流母线电压立刻下降；蓄电池组在变频器母线电压降到设定电压时，压差切换控制开关控制直流母线导通，开始对变频器供电，给粉电机在这一过程中仍然保持不间断运行。

e.在电网晃电时间达到安全给粉系统设定的工作时间时或PLC顺序控制器接受到变频器运行状态变化或排粉机运行状态变化或炉膛安全监控系统FSSS给出MFT动作信号，经过运算满足退出条件时，向断路器、直流接触器发出断开指令，这时各直流回路处于退出状态。

退出后，PLC顺序控制器和抗晃电监控模块在检测到满足备份条件时，发出控制信号，系统又恢复到备份状态。

f.根据用户工艺条件，SGS炉膛安全给粉系统具体工作时间可在调试时在人机界面上确定，精度为0.1S。

本实用新型有三种工作模式：

图4、图5、图6中，执行单元包括：断路器、接触器、压差切换控制开关。监控单元包括：直流监控器、PLC顺序控制器、抗晃电监控模块

1)、正常工作模式：给粉机变频器由交流母线供电；系统处于热备用状态，电池组由直流充电机充电，如图4所示。

2)、电网晃电或备自投切换时的工作模式：

当电网电压下降，造成变频器直流母线电压低于设定电压时，系统转换成由炉膛安全给粉系统SGS的直流母线向给粉机变频器的直流母线供电，给粉机变频器工作保持正常，如图5所示。

3)、检修工作模式：

个别变频器检修，直流端由断路器、直流接触器和隔离器件隔离，该直流回路不再参与电网晃电时的投运，如图6所示。

实施例：

锅炉两台，1#炉和2#炉，每台炉有3KW给粉电机和变频器12台，给粉变频器总数24台；电动机总功率72KW；电厂发电机所用的给粉变频电源有A、B两段，分别控制6台给粉机。设备基本参数：蓄电池的输出功率72KW，直流输出回路24路，支持24台变频器VFD。电池放电时间：72KW≥2分钟。

12条直流回路，每条直流回路由直流断路器、  直流接触器、二极管、晶闸管、熔丝等组成。柜内有抗晃电监控模块和PLC顺序控制器、压差控制切换开关组等，DC24V开关电源、  AC220V执行电源和人机界面。

本实用新型的功能描述：

1)当变频器交流进线电源故障(失压或短时停电)时，变频器在SGS炉膛安全给粉系统保护下，在设计时间内连续正常运转。

2)SGS炉膛安全给粉系统后备式工作，变频器供电电源由交流三相380V转至直流530V供电时无间断。

3)电池组的备用时间根据设计，不少于2分钟。

4)在电池组放电过程中，若三相电源恢复正常，则变频器供电自动切换至三相380V交流电源。

5)交流电源晃电超过3秒钟，应自动分断直流接触器和直流断路器，SGS炉膛安全给粉系统停止工作。

6)具备系统自诊断及故障显示功能。

7)为延长蓄电池的使用寿命，充电系统具备“均充”与“浮充”功能，且能自动转换。均充电压、浮充电压HMI可调。在正常操作期间，电池应处于浮充状态。

8)电池组具备以下功能：

定时均充：即在每隔6个月(HMI可设定)自动均充一次。

欠压均充：即电池放电至欠压时，自动进行均充(交流正常时)

9)具备各种工作状态指示灯。

Claims (8)

1.一种炉膛安全给粉控制系统，其特征在于供电采用交直流两种供电电源，其工作电路包括依次串接的断路器、接触器、压差切换控制开关、给粉机变频器、工作电机组成的直流回路，交流供电经充电机、蓄电池组成的复式供电方式向工作电路供电；其控制电路包括检测单元、控制单元、监测单元，它们之间通过RS485工业通讯总线连接，检测单元、控制单元与监测单元对关联的工作电路组成部分进行通讯、采集和控制。

2.根据权利要求1所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述复式供电方式指交流电源经充电机向工作电路及蓄电池供电，充电机与蓄电池通过转换开关接入工作电路。

3.根据权利要求1所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述工作电路由多组上述的直流回路并接而成。

4.根据权利要求1所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述压差切换控制开关包括晶闸管与模拟电路，模拟电路包括稳压管、二极管、电阻、可恢复保险丝，模拟控制电路的稳压管、二极管、电阻通过跳线方式选择一个或多个电阻，通过跳线选择一个或多个稳压二极管，模拟电路监测晶闸管阳极A和阴极K之间的压差，达到设定值晶闸管导通。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述监测单元包括直流监控器、电池检测仪、绝缘监测仪以及触摸屏，控制单元采用PLC顺序控制器，检测单元采用抗晃电监控模块；电池检测仪与绝缘监测仪均通过RS485串行接口将检测的信号传送给直流监控器，直流监控器的信号输入、输出与抗晃电监控模块相应端口相接，各开关量检测端接控制器相应输入端，触摸屏与直流监控器实现通讯；抗晃电监控模块的欠压信号输出接PLC顺序控制器的信号输入端，给粉机变频器的信号输出接PLC顺序控制器输入端，接触器与断路器的控制端分别与PLC顺序控制器的信号输出端相连。

6.根据权利要求5所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述所有控制电路由开关电源供电。

7.根据权利要求5所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述的抗晃电监测模块包括CPU、存储器、交直流模拟量A/D采集电路、数字量光耦隔离采集电路、继电器开关量输出控制电路、模拟量输出控制电路和通讯接口。

8.根据权利要求5所述的炉膛安全给粉控制系统，其特征在于所述压差切换控制开关选用RTC-101；抗晃电监控模块选用MDS-104；监控器选用MKV2A直流监控器；充电机选用GMP系列高频开关电源模块；断路器为直流断路器；接触器用ABB产品；PLC顺序控制器选用AB logix顺序控制器。

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