随着节能减排工作的逐步深入，落实国家发改委的《千家企业节能行动实施方案》，建设节约环保型企业正日益成为火力发电厂的工作重点。在发电厂的节能减排项目中，高压电机设备的变频器改造，因其节能效果明显，得到迅速的推广和应用。实现高压变频设备的DCS控制，成为高压电机设备变频器改造项目成功实施的关键因素。从2003年开始，华能上安电厂分别对 300MW机组的凝结水泵、引风机、一次风机等实施了变频改造，以下对一次风机变频改造的热工 DCS 控制策略进行分析。
一、变频改造方案
      火电厂一次风机担负着锅炉稳定燃烧的重任，当一台一次风机运行中跳闸时，即使RB动作良好，通常也会对锅炉然烧产生影响，造成机组解列的可能性较大。所以一次风机变频器改造采用了“自动一拖一”的改造方案，每台一次风机的工频／变频之间要实现双向自动切换，且不能对锅炉燃烧造成影响。变频设备厂家通常根据系统情况和用户要求进行设备配置。一次风机变频控制方案示意见图1（以4A一次风机为例）。
               
       该方案通过增加2台高压开关来实现一次风机工频／变频切换功能。QF12和QF13之间存在电气闭锁和逻辑闭锁关系，防止变频器输出侧和6kV变压器侧短路。变频方式启动时，操作变频器下口断路器QF12、变频器上口断路器QF12合闸，然后启动变频器，一次风机变频运行。切到工频方式时，首先停止变频器，断开变频器下口断路器QF12和变频器上口断路器QFll，停运变频器，然后闭合一次风机工频旁路断路器QF13。
2 OCS控制策略
2.1 DCS控制策略实施要求
    a．通过变频与工频运行方式之间的协调、切换，保证一次风机不间断运行。
    b．在一次风机变频运行状态自动切换至工频过程中，对切换点的位置判断准确、动作及时有效。
    c．通过变频转速与一次风调节挡板的开度配合，保证一次风不失压，风机不抢风、不返风，使得锅炉在一次风机切换时，燃烧稳定、不发生跳磨或灭火现象。
2.2 顺控部分的控制策略
       风机启停顺控部分在原有的一次风机工频方式程控启、停基础上，加入了变频方式程控启、停按钮和工频／变频切换按钮，实现一键自动完成各种工况流程。同时还保留了基础的设备单操功能，以满足运行人员在各种复杂工况下的操作需要。
2.2.1 变频模拟工频启动
    为防止在第1台风机启动后，变频启动第2台风机时，产生母管返风、一次风压失稳甚至风机跳闸的现象，一次风机变频方式启动时，2台风机均采用“变频模拟工频”的启动策略，即一次风机变频方式启动后自动升速到全速运行状态，出口挡板全开，入口挡板关闭。采用该启动策略后，运行人员可在一次风机启动成功后，将一次风压自动调节投入（变频器控制），再手动缓慢开展风机入口挡板。这样风机转速会自动满足调节要求，一次风系统转到真正变频控制方式。
2.2.2 “转换函数”设置
       当运行中的变频器系统产生故障但没有跳闸，要进行停运消缺时，需要将风机由变频转为工频方式运行。在风机停变频启工频的过程中，将该侧风机人口调节挡板关至适当位置，同时将风机转至工频运行。在切换过程中产生的一次风压扰动由非切换侧风机进行调节。为实现无扰切换，风机工频启动时入口挡板所在位置，应保证风机出力和变频方式出力相当。一次风机变频方式运行的转速要成功转换为一次风工频调节挡板的开度（简称“按‘转换函数’动作”）。此“转换函数”采用工程实验的方法求得，方法如下：在机组平稳运行时，将A侧一次风机切手动保证出力不再改变，将B侧变频方式一次风机变频器调节切手动并记录此时的转速值，将 B 侧入口挡板调节器投入自动；由运行人员缓缓将B侧变频器输出指令给至最大（相当工频转速），此时风机全速运行，入口挡板自动关至一定开度，记下此时开度值。这样所得到的2点数值即是“转换函数”的一组对应值，通过不同负荷下多次实验即可得到转换函数的近似描点曲线。两侧风机求取转换函数的实验方法相同。
       一次风机入口挡板要采用快速动作调节挡板(全行程动作时间不超过20s)，以保证切换过程中入口拦板迅速动作到位，在风机转工频前不会失压过多。逻辑中同时设置了最长关闭挡板时间限制，到达此时限后立即闭合工频开关，挡板则继续关闭至转换函数要求位置。当风机在变频方式运行中跳闸时，风机自动切换到工频方式。触发条件（逻辑或）：变频器重复故障； QFll异常分断；QF12异常分断；变频器运行信号消失延时1s。允许条件（逻辑与）:QF13 断开；本一次风机变频启动记忆。步序：同时发QFll、QF12断开命令并停变频器，在运行故障向工频方式切换状态且QF12断开后，入口挡板按照转换函数进行动作。挡板动作到要求开度偏差在5 ％以内，或挡板执行此动作时间已达到5S，闭合QF13，风机切换成功。
2.2.3 “飞车启动”操作
    “飞车启动”即在电机转子处在旋转状态下的变频器同期启动，其同期启动效果越好，风机惯性惰走时间越短，损失出力越少，对系统的扰动就越小。
       切换后的一次风机“变频模拟工频”运行，即切换侧风机变频方式运行后，风机转速升到最大且入口挡板保持切换前工频运行时的位置，尽量保持风机出力不变。在切换过程中产生的一次风压扰动由非切换侧风机进行调节。切换结束后再将切换侧风机变频调节投自动，非切换侧风机调节切手动，缓缓将切换侧风机入口挡板安全打开，切换侧风机实现变频方式运行。
2.2.4 RB联锁逻辑设计
       变频状态下原一次风机保护跳闸条件不变；一次风机工作方式切换时，自动闭锁该切换风机RB连锁功能一段时间，若切换失败再触发RB保护动作；一次风机工作方式切换时，可考虑适当选取几支油枪自动投人对锅炉进行稳燃；工频风机跳闸直接产生机组RB，不做自动向变频切换，因为工频跳闸自动切变频成功概率小，实际意义不大。
2.3 模拟量部分控制策略
    为使变频器转速调节回路和入口挡板调节回路完全分开，各自的调节器和A、B侧平衡回路之间不做折算，互不干扰。参照原一次风机调节逻辑，重新设计了一套独立的变频调节逻辑。包括变频回路专用的调节器，变频调节主站，A、B一次风机变频操作分站。
2.3.1 设计投自动限制
    考虑到变频器的调节特性与入口挡板的调节特性相差较大，并且同一侧风机有挡板和变频器2种执行器，为了防止同时自动调节造成系统震荡，或者调节过程中挡板回关造成不节能现象，设计中加入了变频器和入口挡板站不能同时投自动的限制。
2.3.2 设计应用“偏置锁”
       平衡回路的作用就是要在两侧设备共同调节同一被调量时，如果一侧出力下降则另一侧出力等量上升，迅速达到总出力不变的效果。两侧设备与出力平衡点的差值即为偏置。偏置只在至少有一侧设备投自动后才会起作用。
        为了解决风机切换过程中，平衡回路误动，造成切换失败的问题，在工频切变频时，变频控制回路偏置锁定；变频切工频时，工频和变频控制回路偏置均锁定；变频启动时，变频控制回路偏置锁定3种情况下设计了加“偏置锁”的方法，将平衡回路的偏置进行锁定。这样处于自动调节的系统，会在原来的工作点基础上进行调节，不受另一侧风机动作直接干扰。将两侧风机调节站（挡板控制站或变频控制站）同时切手动，再次投入自动后平衡回路恢复正常，“偏置锁”解除。这一解锁过程可以设计为自动实现，也可由运行人员操作实现。为成功解决，采用编制操作指导，由运行人员自行切手动实现偏置解锁的方式。
3  控制效果
       在机组第一次并网后汽轮机超速试验之前，2台磨煤机运行，做一次风机工频／变频切换试验，试验结果表明：工频切变频时，失风较多，主要是由于一次风机变频器“飞车启动”找同期时，延时惰走丢转造成的；变频切工频时，一次风压“冒正”较大，主要由“转换函数”和等待时间决定。目前这些值经多次试验已调整到合理范围。一次风机工频／变频切换造成的系统扰动可控制在±1.5kPa的较好范围内，切换效果良好。
4  结束语
       一次风机系统是维持锅炉稳定燃烧的关键系统，采用工频／变频自动切换的变频器改造方案是维持机组安全稳定运行的需要。通过“变频模拟工频”启动、合理设置“转换函数”、设计应用“偏置锁”，充分利用变频器“飞车启动”的特性等开拓性思维，对DCS控制逻辑进行改造和优化，为风机的稳定运行和各工况成功切换提供了有力保证。