本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法。
背景技术：
电动机变频节能技术是国家能源局主导推广的一项重要节能措施。随着电网产能严重过剩，机组调峰成为必然，然而长期低负荷运行现象短期内难以改善，导致辅机低负载运行工况偏离经济区，厂用电率居高不下。
随着电力电子技术、计算机和自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速，以及计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势，使得电动机交流变频调速技术成为当今节电和推动技术进步的一种主要手段。
高压交流变频调速技术是自20世纪90年代以来迅速发展起来的一种新型电气传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如:变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合器调速等)。变频调速以其显著的节能效益，较高的调速精度，较宽的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行安全可靠、安装使用方便、维修维护工作量小等方面，也给使用者带来了极大的便利和经济效益，已经成为国内外企业电动机系统节能的首选方案。
发电厂一次风机的作用是输送和干燥煤粉，并供给燃料燃烧初期所需的空气，属于非常重要的负荷，所以一次风机变频器电气主回路往往设置为变频器带自动工频旁路方式。当变频器发生故障或正常切换时，应快速地切换到旁路工频回路，以保证一次风机能维持运行。
但是，现有技术中变频器发生故障或正常切换到工频旁路时，由于一次风机中的高压电动机中存在着残压，会导致工频合闸时出现过流而引发跳闸的情况发生。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法，能够在变频器发生故障或正常切换到工频旁路时，避免因出现过流而引发跳闸的情况。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法，其中，交流母线依次经过配电室工频开关(QF)、变频器输入侧开关(QF1)与变频器的输入端连接，变频器的输出端经变频器输出侧开关(QF2)与一次风机的电动机连接，旁路工频开关(QF3)的两端分别与配电室工频开关(QF)和变频器输入侧开关(QF1)的联接点、一次风机的电动机连接，所述运行方法包括如下步骤：
当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，或者变频器出现故障时，依次使变频器输出侧开关(QF2)分闸、旁路工频开关(QF3)合闸及变频器输入侧开关(QF1)分闸，从而将一次风机切换为工频运行状态。
可选地，当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，使变频器输出侧开关(QF2)分闸的步骤具体为：
由DCS后台向变频器输出侧开关(QF2)发送分闸指令；
若在DCS后台向变频器输出侧开关(QF2)发送分闸指令时刻起的第一预设时间内，变频器控制单元检测到变频器输出侧开关(QF2)发送的“QF2分闸状态反馈”，则判定变频器输出侧开关(QF2)分闸成功；否则判定变频器输出侧开关(QF2)分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定变频器输出侧开关(QF2)分闸成功。
可选地，当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，使旁路工频开关(QF3)合闸的步骤具体为：
由变频器电压监测单元计算同期时刻；
使变频器控制单元在所述同期时刻向旁路工频开关(QF3)发送合闸指令；
若在所述同期时刻起的第二预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到旁路工频开关(QF3)发送的“QF3合闸状态反馈”，则判定旁路工频开关(QF3)合闸成功；否则判定旁路工频开关(QF3)合闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定旁路工频开关(QF3)合闸成功。
可选地，当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，使变频器输入侧开关(QF1)分闸的步骤具体为：
由工作人员在DCS后台手动操作分闸变频器输入侧开关(QF1)，若工作人员在应分闸变频器输入侧开关(QF1)时刻起的第三预设时间内未执行前述分闸动作，则由DCS后台向变频器输入侧开关(QF1)发送分闸指令；
若在DCS后台向变频器输入侧开关(QF1)发送分闸指令时刻起的第四预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到变频器输入侧开关(QF1)发送的“QF1分闸状态反馈”，则判定变频器输入侧开关(QF1)分闸成功；否则判定变频器输入侧开关(QF1)分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定变频器输入侧开关(QF1)分闸成功。
可选地，当变频器出现故障时，使变频器输出侧开关(QF2)分闸的步骤具体为：
由变频器控制单元和DCS后台向变频器输出侧开关(QF2)发送分闸指令；
若在向变频器输出侧开关(QF2)发送分闸指令时刻起的第五预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到变频器输出侧开关(QF2)发送的“QF2分闸状态反馈”，则判定变频器输出侧开关(QF2)分闸成功；否则判定变频器输出侧开关(QF2)分闸失败。
可选地，在判定变频器输出侧开关(QF2)分闸失败后，还包括如下步骤：
由变频器控制单元和DCS后台向变频器输入侧开关(QF1)发送分闸指令；
若在向变频器输入侧开关(QF1)发送分闸指令时刻起的第九预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到变频器输入侧开关(QF1)发送的“QF1分闸状态反馈”，则判定变频器输入侧开关(QF1)分闸成功；否则判定变频器输入侧开关(QF1)分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定变频器输入侧开关(QF1)分闸成功。
可选地，当变频器出现故障时，使旁路工频开关(QF3)合闸的步骤具体为：
由变频器电压监测单元计算同期时刻；
使变频器控制单元在所述同期时刻向旁路工频开关(QF3)发送合闸指令；
若在所述同期时刻起的第六预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到旁路工频开关(QF3)发送的“QF3合闸状态反馈”，则判定旁路工频开关(QF3)合闸成功；否则判定旁路工频开关(QF3)合闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定旁路工频开关(QF3)合闸成功。
可选地，当变频器出现故障时，使变频器输入侧开关(QF1)分闸的步骤具体为：
由工作人员在DCS后台手动操作分闸变频器输入侧开关(QF1)，若工作人员在应分闸变频器输入侧开关(QF1)时刻起的第七预设时间内未执行前述分闸动作，则由DCS后台向变频器输入侧开关(QF1)发送分闸指令；
若在DCS后台向变频器输入侧开关(QF1)发送分闸指令时刻起的第八预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到变频器输入侧开关(QF1)发送的“QF1分闸状态反馈”，则判定变频器输入侧开关(QF1)分闸成功；否则判定变频器输入侧开关(QF1)分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定变频器输入侧开关(QF1)分闸成功。
可选地，当变频器控制单元在所述同期时刻向旁路工频开关(QF3)发送合闸指令时，将此时与变频器频率对应的一次风机挡板开度调整指令发送至执行机构，且执行机构在接收到该调整指令后，相应调整一次风机的挡板开度。
可选地，所述同期时刻指的是，变频器的输入侧与输出侧各单相电压的相位差、频率差和幅值差均在预设范围内的时刻。
有益效果：
本发明所述一次风机变频切工频时的稳定运行方法，在变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，或者变频器出现故障时，能够避免一次风机的电动机残压因非同期造成的大电流而导致跳闸失败，从而预防跳闸事故的发生，并能极大地增加设备运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一次风机的主接线示意图；
图2为本发明实施例提供的一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的另一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法的流程示意图。
图中：QF－配电室工频开关；QF1－变频器输入侧开关；QF2－变频器输出侧开关；QF3－旁路工频开关；VFD－变频器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明实施例提供的一次风机的主接线示意图，如图1所示，在安装好变频器输入侧开关QF1、变频器输出侧开关QF2与旁路工频开关QF3，并完成一次电缆的敷设之后，使6kV的交流母线依次经过配电室工频开关QF、变频器输入侧开关QF1与变频器VFD的输入端连接，变频器VFD的输出端经变频器输出侧开关QF2与一次风机的电动机连接，旁路工频开关QF3的两端分别与配电室工频开关QF和变频器输入侧开关QF1的联接点、一次风机的电动机连接。
为简化描述，下文中将“配电室工频开关QF”简称为“QF”，将“变频器输入侧开关QF1”简称为“QF1”，将“变频器输出侧开关QF2”简称为“QF2”，将“旁路工频开关QF3”简称为“QF3”。
作为本发明的一种实施方式，提供一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法，如图2所示，所述运行方法包括如下步骤S101。
S101.当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，或者变频器出现故障时，依次使QF2分闸、QF3合闸及QF1分闸，从而将一次风机切换为工频运行状态。
其中，根据一次风机运行工况判断是否应切工频具体为，在一次风机负荷较大或变频器频率接近50Hz时，判定应切工频；否则，不切工频，维持变频运行状态。至于一次风机的负荷具体为多少才算是负荷较大，可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。
下面结合图1进行详细描述：
当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，使QF2分闸的步骤具体为：
由DCS后台向QF2发送分闸指令；
若在DCS后台向QF2发送分闸指令时刻起的第一预设时间内，变频器控制单元检测到QF2发送的“QF2分闸状态反馈”，则判定QF2分闸成功；否则判定QF2分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定QF2分闸成功。
本发明中，DCS后台指的是分布式控制系统(Distributed Control System)，是发电厂的常用控制设备，因此本发明中不再对其进行详细描述。
当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，使QF3合闸的步骤具体为：
由变频器电压监测单元计算同期时刻；
使变频器控制单元在所述同期时刻向QF3发送合闸指令，并将此时与变频器频率对应的一次风机挡板开度调整指令发送至执行机构，且执行机构在接收到该调整指令后，相应调整一次风机的挡板开度；
若在所述同期时刻起的第二预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到QF3发送的“QF3合闸状态反馈”，则判定QF3合闸成功；否则判定QF3合闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定QF3合闸成功。
本发明中，所述同期时刻指的是，变频器的输入侧与输出侧各单相电压的相位差、频率差和幅值差均在预设范围内的时刻。通过对变频器电压与电网电压的三相单相进行矢量的比较，可以更加快速、准确的找到同期时刻，避免产生电流冲击。而且，利用变频器配套的电压监测单元来计算同期时刻，从而使变频器在具有变频控制功能的基础上还集成了同期功能，不需要额外增加同期装置，既减少了外加同期装置所带来的造价成本，又能减少故障概率，利于后期维护与系统运行。其中，变频器的输入侧与输出侧各单相电压的相位差的预设范围、频率差的预设范围和幅值差的预设范围可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。
当变频器正常运行且根据一次风机运行工况判断应切工频时，使QF1分闸的步骤具体为：
由工作人员在DCS后台手动操作分闸QF1，若工作人员在应分闸QF1时刻起的第三预设时间内未执行前述分闸动作，则由DCS后台向QF1发送分闸指令；
若在DCS后台向QF1发送分闸指令时刻起的第四预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到QF1发送的“QF1分闸状态反馈”，则判定QF1分闸成功；否则判定QF1分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定QF1分闸成功。
当变频器出现故障时，使QF2分闸的步骤具体为：
由变频器控制单元和DCS后台向QF2发送分闸指令；
若在向QF2发送分闸指令时刻起的第五预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到QF2发送的“QF2分闸状态反馈”，则判定QF2分闸成功；否则判定QF2分闸失败。
在判定QF2分闸失败后，还包括如下步骤：
由变频器控制单元和DCS后台向QF1发送分闸指令；
若在向QF1发送分闸指令时刻起的第九预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到QF1发送的“QF1分闸状态反馈”，则判定QF1分闸成功；否则判定QF1分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定QF1分闸成功。
当变频器出现故障时，使QF3合闸的步骤具体为：
由变频器电压监测单元计算同期时刻；
使变频器控制单元在所述同期时刻向QF3发送合闸指令，并将此时与变频器频率对应的一次风机挡板开度调整指令发送至执行机构，且执行机构在接收到该调整指令后，相应调整一次风机的挡板开度；
若在所述同期时刻起的第六预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到QF3发送的“QF3合闸状态反馈”，则判定QF3合闸成功；否则判定QF3合闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定QF3合闸成功。
当变频器出现故障时，使QF1分闸的步骤具体为：
由工作人员在DCS后台手动操作分闸QF1，若工作人员在应分闸QF1时刻起的第七预设时间内未执行前述分闸动作，则由DCS后台向QF1发送分闸指令；
若在DCS后台向QF1发送分闸指令时刻起的第八预设时间内，变频器控制单元和DCS后台都检测到QF1发送的“QF1分闸状态反馈”，则判定QF1分闸成功；否则判定QF1分闸失败并进行检修，然后重复执行上述步骤直至判定QF1分闸成功。
上述第一至第九预设时间的具体值可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。较优地，第二预设时间和第六预设时间均为0.5s；第三预设时间和第七预设时间均为30s。
作为本发明的又一种实施方式，提供另一种一次风机变频切工频时的稳定运行方法，如图3所示，所述运行方法包括如下步骤S201-S228。
S201.在变频器运行过程中，判断变频器是否正常运行，如是，说明变频器无故障，一次风机处于正常变频运行状态，并执行步骤S202；如否，说明变频器发生故障，一次风机处于变频故障状态，并执行步骤S215。
S202.(一次风机处于正常变频运行状态)根据一次风机运行工况判断是否将一次风机由变频运行状态切换为工频运行状态，如是(如一次风机负荷较大，或者变频器频率接近50Hz时)，则执行步骤S203；如否，则执行步骤S214。
S203.由DCS后台确认变频切工频信号，并向变频器控制单元发送切换指令，以将一次风机的变频控制方式调整为半自动模式，从而“通知”变频器控制单元准备正常切换。
S204.由DCS后台向QF2发送分闸指令。
S205.判断在DCS后台向QF2发送分闸指令时刻起的第一预设时间内，变频器控制单元是否检测到QF2发送的“QF2分闸状态反馈”，如是，说明QF2分闸成功，并执行步骤S206；如否，说明QF2分闸失败(即QF2故障)，并执行步骤S213。
S206.由变频器电压监测单元计算同期时刻，使变频器控制单元在所述同期时刻向QF3发送合闸指令，并将此时与变频器频率对应的一次风机挡板开度调整指令发送至执行机构，且执行机构在接收到该调整指令后，相应调整一次风机的挡板开度。
S207.判断在所述同期时刻起的第二预设时间(如0.5s)内，变频器控制单元和DCS后台是否都检测到QF3发送的“QF3合闸状态反馈”，如果二者均检测到，说明QF3合闸成功，此时变频器退出运行，并执行步骤S208；否则(即，二者中至少一个没有检测到)，说明QF3合闸失败(即QF3故障)，并执行步骤S212。
S208.由工作人员在DCS后台手动操作分闸QF1，若工作人员在应分闸QF1时刻起的第三预设时间(如30s)内未执行前述分闸动作，则由DCS后台向QF1发送分闸指令。
S209.判断在DCS后台向QF1发送分闸指令时刻起的第四预设时间内，变频器控制单元和DCS后台是否都检测到QF1发送的“QF1分闸状态反馈”，如果二者均检测到，说明QF1分闸成功，并执行步骤S210；否则(即，二者中至少一个没有检测到)，说明QF1分闸失败(即QF1故障)，并执行步骤S211。
S210.使变频器和DCS后台的显示面板上均显示“变频器半自动切换成功信号”，表明变频器半自动切换成功。至此，一次风机由正常变频运行状态切换为工频运行状态完成。
S211.由DCS后台告警，通知工作人员检修QF1开关，修好后，返回步骤S208。
S212.由DCS后台告警，通知工作人员检修QF3开关，修好后，返回步骤S206。
S213.由DCS后台告警，闭锁变频器的变频切工频(即，禁止将一次风机由变频运行状态切换为工频运行状态)，通知工作人员检修QF2开关，修好后，返回步骤S204。
S214.使一次风机保持变频运行状态，即：使一次风机的电动机处于变频调速状态，然后返回步骤S201。此时，交流母线通过QF、QF1、变频器、QF2与一次风机的电动机相连，且QF、QF1和QF2处于合闸状态，而QF3处于分闸状态。
S215.(一次风机处于变频故障状态，此时应将一次风机由变频运行状态切换为工频运行状态)由变频器控制单元向DCS后台发送变频器重故障信号，以将一次风机的变频控制方式调整为全自动模式，从而“通知”DCS后台准备故障时切换。
S216.由变频器控制单元和DCS后台向QF2发送分闸指令。
S217.判断在变频器控制单元和DCS后台向QF2发送分闸指令时刻起的第五预设时间内，变频器控制单元和DCS后台是否都检测到QF2发送的“QF2分闸状态反馈”，如是，说明QF2分闸成功，并执行步骤S218；如否，说明QF2分闸失败(即QF2故障)，并执行步骤S225。
S218.由变频器电压监测单元计算同期时刻，使变频器控制单元在所述同期时刻向QF3发送合闸指令，并将此时与变频器频率对应的一次风机挡板开度调整指令发送至执行机构，且执行机构在接收到该调整指令后，相应调整一次风机的挡板开度。
S219.判断在所述同期时刻起的第六预设时间(如0.5s)内，变频器控制单元和DCS后台是否都检测到QF3发送的“QF3合闸状态反馈”，如果二者均检测到，说明QF3合闸成功，此时变频器退出运行，并执行步骤S220；否则(即，二者中至少一个没有检测到)，说明QF3合闸失败(即QF3故障)，并执行步骤S224。
S220.由工作人员在DCS后台手动操作分闸QF1，若工作人员在应分闸QF1时刻起的第七预设时间(如30s)内未执行前述分闸动作，则由DCS后台向QF1发送分闸指令。
S221.判断在DCS后台向QF1发送分闸指令时刻起的第八预设时间内，变频器控制单元和DCS后台是否都检测到QF1发送的“QF1分闸状态反馈”，如果二者均检测到，说明QF1分闸成功，并执行步骤S222；否则(即，二者中至少一个没有检测到)，说明QF1分闸失败(即QF1故障)，并执行步骤S223。
S222.使变频器和DCS后台的显示面板上均显示“变频器全自动切换成功信号”，表明变频器全自动切换成功。至此，一次风机由变频故障状态切换为工频运行状态完成。
S223.由DCS后台告警，通知工作人员检修QF1开关，修好后，返回步骤S220。
S224.由DCS后台告警，通知工作人员检修QF3开关，修好后，返回步骤S218。
S225.由变频器控制单元和DCS后台向QF1发送分闸指令。
S226.判断在向QF1发送分闸指令时刻起的第九预设时间内，变频器控制单元和DCS后台是否都检测到QF1发送的“QF1分闸状态反馈”，如果二者均检测到，说明QF1分闸成功，能够将变频器隔离出来，并执行步骤S227；否则(即，二者中至少一个没有检测到)，说明QF1分闸失败(即QF1故障)，并执行步骤S228。
S227.闭锁QF3合闸(即，禁止QF3合闸)，使变频器和DCS后台的显示面板上均显示“变频器全自动切换失败信号”，表明变频器全自动切换失败，故一次风机未能由变频故障状态切换为工频运行状态。
S228.由DCS后台告警，通知工作人员检修QF1开关，修好后，返回步骤S225。
在上述步骤S201-S228中，与现有技术相比，变频器新增定义DI(开关量输入)点9个：变频器手动模式、变频器半自动模式、变频器全自动模式、QF1合闸状态反馈、QF1分闸状态反馈、QF2合闸状态反馈、QF2分闸状态反馈、QF3合闸状态反馈、QF3分闸状态反馈；变频器新增定义DO(开关量输出)点6个：QF1合闸指令、QF1分闸指令、QF2合闸指令、QF2分闸指令、QF3合闸指令、QF3分闸指令。变频器内部控制模式新加变频器手动模式、变频器半自动模式和变频器全自动模式。DCS后台控制逻辑新加变频器手动模式、变频器半自动模式和变频器全自动模式控制逻辑。
需要说明的是，上述两种实施方式的相关步骤中，剩磁电压的高、低程度，以及开关的动作时间，需要根据一次风机的电动机的额定参数、6kV交流母线的额定参数、电动机的保护参数，在工作现场的0％-120％倍额定负荷情况下，通过切换试验(变频切工频)收集实际数据来确定。
此外，在试验前，需要将QF1、QF2、QF3摇至试验位置，对DCS逻辑、变频器模式进行全面的试验，保证控制原理正确，具体为，对QF1、QF2和QF3分别进行分/合闸试验，检查出各开关的分/合闸的时间；将一次风机的电动机与风叶脱开，进行电动机变频、工频正反转试验。通过多次变频切换工频试验，初步得出电动机残压随着时间的变化，结合各开关的动作时间，可得出相位差、频率差和幅值差的极限值与切换时间，并按照上述得出的参数，进行初步整定。然后将一次风机电机与风叶连接，进行带负载试验，具体地，在20％、50％、100％、120％风机负荷下，各进行3次变频切工频试验，试验过程中需保证参数正确，控制逻辑正确。而且，一旦在变频切工频时发生跳闸的情况，就对上述参数进行适当调整，以使得最终能够100％切换成功。
通过上述两种实施方式可以看出，本发明通过对变频器的输入侧、输出侧各单相电压进行监测，实时计算两侧电压的相位差、频率差和幅值差，找到两侧电压的相位差、频率差和幅值差均在预设范围内的时刻(即合适的切换点)，该时刻即为同期时刻，并在同期时刻向QF3发送合闸指令，从而在切换工频时保证同期合闸，避免产生过大的冲击电流，预防跳闸事故的发生，且利用检测相电压的方式来捕捉同期点，具有切换时间短，不影响系统运行的优点，从而使得高压变频器自动切工频旁路时一次风机能够稳定运行。此外，本发明采用以变频器控制为主，DCS后台为辅的配合控制模式，增加了灵活性，并提高了稳定性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。