連云港博大機(jī)械設(shè)備制造有限公司[摘要]：本文簡(jiǎn)要介紹了變頻器原理、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試情況，初步分析了變頻器的節(jié)能效果，對(duì)認(rèn)識(shí)了解變頻器運(yùn)行有一定的借鑒作用。
[關(guān)鍵詞] 引風(fēng)機(jī) 變頻調(diào)速裝置 控制
1、概 述 國(guó)電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司地處云南東北部，海拔1970.6m，現(xiàn)有投產(chǎn)裝機(jī)容量4×300MW。#7機(jī)組設(shè)計(jì)出力為：300MW，機(jī)爐配有兩臺(tái)AN31e6(u19-10)型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量：321.4m3/h、全壓為5452Pa，軸功率：2104kW；配用YKK800-8-W型電動(dòng)機(jī)，額定功率2500kW、額定電壓6kV、額定電流293A、功率因素：0.86、額定轉(zhuǎn)速：746r/min,電動(dòng)機(jī)無(wú)調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。
發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷根據(jù)電網(wǎng)要求，通常在額定負(fù)荷的50%～100%之間進(jìn)行調(diào)整、變化，以滿足電網(wǎng)運(yùn)行的要求；發(fā)電機(jī)輸出功率的變化，鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負(fù)荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整。鍋爐的送風(fēng)量、引風(fēng)量相應(yīng)變化，引風(fēng)機(jī)出力調(diào)整采用通過(guò)改變風(fēng)機(jī)葉片的角度來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是節(jié)流損失仍然很大，特別是在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出功率大量的能源消耗在擋板上，節(jié)流損失更大。其次靜葉調(diào)節(jié)動(dòng)作遲緩，造成機(jī)組負(fù)荷調(diào)整響應(yīng)遲滯。異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流一般達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的5-8倍，對(duì)電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電纜造成較大沖擊，對(duì)廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行也有一定的影響，同時(shí)強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流，縮短了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)機(jī)械的使用壽命。
2、變頻器調(diào)速節(jié)能原理2.1 變頻調(diào)速的方法 變頻調(diào)速是通過(guò)改變輸入到交流電機(jī)的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由下式確定: n=60f(1-S)/p (1)式中:n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速; f—輸入電源頻率; S—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率; p—電機(jī)極對(duì)數(shù)。 由公式(1)可知，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)。
交流電動(dòng)機(jī)的直接調(diào)速方式主要有：
變極調(diào)速(調(diào)整p)
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級(jí)調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)(調(diào)整S)
變頻調(diào)速(調(diào)整f)
根據(jù)流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機(jī)(或水泵)類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力(揚(yáng)程)H以及軸功率P具有如下關(guān)系: Q1/ Q2＝n1/n2 (1) H1/ H2＝(n1/n2)2 (2) P1/ P2＝(n1/n2)3 (3)式中:Q1、H1、P1—風(fēng)機(jī)(或水泵)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力(或揚(yáng)程)、軸功率; Q2、H2、P2—風(fēng)機(jī)(或水泵)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的相似工況條件下的流量、壓力(或揚(yáng)程)、軸功率。由公式(1)、(2)、(3)可知，風(fēng)機(jī)(或水泵)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力(或揚(yáng)程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。
從上述分析可見(jiàn)，調(diào)速是風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑。采用變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛負(fù)壓、鍋爐氧量等指標(biāo)與引風(fēng)機(jī)風(fēng)量維持一定的關(guān)系。3、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用情況3.1 高壓變頻器的組成：
我公司采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVEST-A系列電壓源型全數(shù)字控制變頻器，高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。額定容量:1600KVA、額定電壓:6kV、額定電流:160A。高壓變頻器裝置由變壓器柜、功率柜、控制柜、刀閘切換柜四個(gè)部分組成，冷卻方式采用：水空冷卻系統(tǒng)。為單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，其變頻器原理方框圖如圖1所示。
圖1單元串聯(lián)多電平高壓變頻器原理框圖 3.2 高壓變頻器與現(xiàn)場(chǎng)接口方案 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的高壓變頻器的控制部分由高速單片機(jī)、人機(jī)界面和PLC共同構(gòu)成。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制和功率單元的保護(hù)。人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該變頻器使用西門(mén)子S7-200系列PLC，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力，根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性運(yùn)行要求以及變頻器控制的具體要求采取了相應(yīng)控制方案。 1）DCS系統(tǒng)與變頻器的接口方案 DCS系統(tǒng)與變頻器之間的信號(hào)總共有10個(gè)，其中開(kāi)關(guān)量信號(hào)8個(gè)，模擬量信號(hào)有2個(gè)。（以＃1引風(fēng)機(jī)為例）
序號(hào)
DCS系統(tǒng)編號(hào)
性質(zhì)
電氣側(cè)名稱
備注
1
IDAF-R
DI
變頻器運(yùn)行
畫(huà)面指示
2
IDAF-W
變頻器待機(jī)
3
IDAF-L
變頻器輕故障
4
IDAF-B
變頻器重故障
5
IDAF-BYS
變頻器工頻控制
6
IDAF-PMT
合閘允許
控制變頻器的允許信號(hào)
7
IDAF-1
DO
變頻器啟動(dòng)
DCS系統(tǒng)提供干接點(diǎn)
8
IDAF-2
變頻器減速停機(jī)
9
IDAF-4
AO
變頻器控制頻率指令
DCS系統(tǒng)提供24V電源
10
IDAF-5
AI
變頻器頻率信號(hào)反饋
變頻器提供24V電源
2)DCS畫(huà)面增加以下內(nèi)容 為實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻引風(fēng)機(jī)的啟?？刂萍稗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS畫(huà)面上增加： 變頻器啟停操作功能塊
用于遠(yuǎn)方啟停變頻器； 變頻器轉(zhuǎn)速控制功能塊
變頻器輕故障報(bào)警塊
重故障報(bào)警塊
工頻旁路狀態(tài)
FF?！?/FONT>
3.3、變頻器運(yùn)行方式及控制邏輯 引風(fēng)機(jī)變頻器電氣一次系統(tǒng)接線方式采用“一拖一”手動(dòng)切換方式（虛線部分為新增加部分），見(jiàn)下圖；
圖2.引風(fēng)機(jī)變頻器一次接線圖
變頻器可根據(jù)運(yùn)行方式需要，進(jìn)行運(yùn)行方式的切換，如：一臺(tái)變頻一臺(tái)工頻的運(yùn)行方式和兩臺(tái)工頻的運(yùn)行方式。缺點(diǎn)是在進(jìn)行變頻器運(yùn)行方式切換時(shí)，需要將機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，降低負(fù)荷后，停止＃1（或＃2）引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，方可進(jìn)行引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式的切換操作。正常情況下，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)投入變頻調(diào)速運(yùn)行方式。
變頻器運(yùn)行方式控制分為就地控制及遠(yuǎn)方控制兩種。遠(yuǎn)程控制狀態(tài)時(shí)，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號(hào)跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋。就地控制時(shí)，對(duì)變頻器遠(yuǎn)方操作無(wú)效。 變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)改變DCS操作畫(huà)面轉(zhuǎn)速控制塊控制變頻器轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)鍋爐負(fù)壓的調(diào)節(jié)。 1）引風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)的允許條件 變頻器啟動(dòng)的前提為引風(fēng)機(jī)電機(jī)6kV高壓開(kāi)關(guān)必須合閘即啟動(dòng)反饋為1。原有的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件保留下來(lái)作為引風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)的允許條件。變頻器就地送來(lái)的就緒信號(hào)作為另一啟動(dòng)條件。
在變頻器調(diào)試過(guò)程中（不論遠(yuǎn)方還是就地啟動(dòng)時(shí)），發(fā)現(xiàn)由于變頻器******頻率設(shè)定不得低于15Hz，否則將造成變頻器功率模塊“過(guò)流”，變頻器跳閘；所以在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，變頻器******頻率設(shè)定不得低于15Hz的限制。
總結(jié)＃1、2引風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)必須具備以下3個(gè)條件：
＃1、2引風(fēng)機(jī)的6kV高壓側(cè)部分的啟動(dòng)反饋為1。
＃1、2引風(fēng)機(jī)的變頻器就地從其PLC送來(lái)的啟動(dòng)就緒開(kāi)關(guān)為1
＃1、2引風(fēng)機(jī)變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的輸出不得小于30%。
3.3引風(fēng)機(jī)變頻涉及相關(guān)跳閘保護(hù)方面 單側(cè)風(fēng)機(jī)的變頻器跳閘后，需要聯(lián)跳相應(yīng)一側(cè)的送風(fēng)機(jī)。并聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。 ＃1、2風(fēng)機(jī)的變頻跳閘后由于相應(yīng)的高壓開(kāi)關(guān)聯(lián)跳，故保留原鍋爐大連鎖跳閘回路不變。 鍋爐的安全運(yùn)行是全廠動(dòng)力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置可靠，但一旦出現(xiàn)問(wèn)題，必須確保鍋爐安全運(yùn)行，所以必須實(shí)現(xiàn)“工頻—變頻”運(yùn)行的切換。一旦一臺(tái)引風(fēng)變頻故障，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，需要引風(fēng)自動(dòng)控制到原先的靜葉來(lái)調(diào)整，在此背景和需要下，對(duì)一臺(tái)引風(fēng)變頻停掉，用另一臺(tái)引風(fēng)變頻運(yùn)行；此時(shí)機(jī)爐負(fù)荷應(yīng)保持在：180MW左右。
4、經(jīng)濟(jì)綜合測(cè)試評(píng)價(jià)4.1 節(jié)能效益明顯 以下是7機(jī)組＃1、2引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行后，對(duì)10月16日至20日生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步比較。
時(shí)間
（2005年10月）
機(jī)爐
負(fù)荷
（平均MW）
變頻運(yùn)行
工頻運(yùn)行
變頻器投入前、后比較（％）
＃1引風(fēng)機(jī)
＃2引風(fēng)機(jī)
耗電量（kW.h）
20
20.35
10332
11340
19908
19656
21
20.32
10836
11592
22
22.02
13104
13608
