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變頻器原理、現(xiàn)場安裝調(diào)試情況

新聞來源：點擊數(shù)：2548 更新時間：2013/7/6 收藏此頁

連云港博大機械設(shè)備制造有限公司[摘要]：本文簡要介紹了變頻器原理、現(xiàn)場安裝調(diào)試情況，初步分析了變頻器的節(jié)能效果，對認識了解變頻器運行有一定的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 引風(fēng)機變頻調(diào)速裝置控制

1、概述
　國電宣威發(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)裝機容量4×300MW。#7機組設(shè)計出力為：300MW，機爐配有兩臺AN31e6(u19-10)型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機，額定風(fēng)量：321.4m³/h、全壓為5452Pa，軸功率：2104kW；配用YKK800-8-W型電動機，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,電動機無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。

發(fā)電廠的發(fā)電負荷根據(jù)電網(wǎng)要求，通常在額定負荷的50%～100%之間進行調(diào)整、變化，以滿足電網(wǎng)運行的要求；發(fā)電機輸出功率的變化，鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整。鍋爐的送風(fēng)量、引風(fēng)量相應(yīng)變化，引風(fēng)機出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機葉片的角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(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，特別是在低負荷運行時，電動機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)動作遲緩，造成機組負荷調(diào)整響應(yīng)遲滯。異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電動機額定電流的5-8倍，對電動機、動力電纜造成較大沖擊，對廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運行也有一定的影響，同時強大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流，縮短了電動機和風(fēng)機機械的使用壽命。

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)速是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調(diào)節(jié)交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)電機學(xué)原理，交流異步電動機轉(zhuǎn)速由下式確定:
n=60f(1-S)/p    (1)
式中:n—電動機轉(zhuǎn)速;
     f—輸入電源頻率;
     S—電動機轉(zhuǎn)差率;
     p—電機極對數(shù)。
    由公式(1)可知，電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機的極對數(shù)有關(guān)。

交流電動機的直接調(diào)速方式主要有：

變極調(diào)速(調(diào)整p)
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(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(或水泵)類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力(揚程)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(或水泵)在n1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力(或揚程)、軸功率;
    Q2、H2、P2—風(fēng)機(或水泵)在n2轉(zhuǎn)速時的相似工況條件下的流量、壓力(或揚程)、軸功率。
由公式(1)、(2)、(3)可知，風(fēng)機(或水泵)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力(或揚程)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)機轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動風(fēng)機的電機所需的電功率亦可相應(yīng)降低。

從上述分析可見，調(diào)速是風(fēng)機節(jié)能的重要途徑。采用變頻調(diào)速可以實現(xiàn)對引風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動機轉(zhuǎn)速使爐膛負壓、鍋爐氧量等指標與引風(fēng)機風(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、人機界面和PLC共同構(gòu)成。單片機實現(xiàn)PWM控制和功率單元的保護。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該變頻器使用西門子S7-200系列PLC，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力，根據(jù)風(fēng)機的特性運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總共有10個，其中開關(guān)量信號8個，模擬量信號有2個。（以＃1引風(fēng)機為例）

序號	DCS系統(tǒng)編號	性質(zhì)	電氣側(cè)名稱	備注
1	IDAF-R	DI	變頻器運行	畫面指示
2	IDAF-W	DI	變頻器待機	畫面指示
3	IDAF-L	DI	變頻器輕故障	畫面指示
4	IDAF-B	DI	變頻器重故障	畫面指示
5	IDAF-BYS	DI	變頻器工頻控制	畫面指示
6	IDAF-PMT	DI	合閘允許	控制變頻器的允許信號
7	IDAF-1	DO	變頻器啟動	DCS系統(tǒng)提供干接點
8	IDAF-2	DO	變頻器減速停機	DCS系統(tǒng)提供干接點
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	變頻器頻率信號反饋	變頻器提供24V電源

2)DCS畫面增加以下內(nèi)容
　　為實現(xiàn)對變頻引風(fēng)機的啟停控制及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS畫面上增加：
　　變頻器啟停操作功能塊

用于遠方啟停變頻器；
　　變頻器轉(zhuǎn)速控制功能塊

　　變頻器輕故障報警塊

重故障報警塊

工頻旁路狀態(tài)

FF。　

3.3、變頻器運行方式及控制邏輯
　　引風(fēng)機變頻器電氣一次系統(tǒng)接線方式采用“一拖一”手動切換方式（虛線部分為新增加部分），見下圖；

圖2.引風(fēng)機變頻器一次接線圖

變頻器可根據(jù)運行方式需要，進行運行方式的切換，如：一臺變頻一臺工頻的運行方式和兩臺工頻的運行方式。缺點是在進行變頻器運行方式切換時，需要將機組負荷進行調(diào)整，降低負荷后，停止＃1（或＃2）引風(fēng)機運行，方可進行引風(fēng)機運行方式的切換操作。正常情況下，2臺引風(fēng)機投入變頻調(diào)速運行方式。

變頻器運行方式控制分為就地控制及遠方控制兩種。遠程控制狀態(tài)時，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤變頻器轉(zhuǎn)速反饋。就地控制時，對變頻器遠方操作無效。
　　變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態(tài)時，運行人員通過改變DCS操作畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制變頻器轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)鍋爐負壓的調(diào)節(jié)。
　　1）引風(fēng)機變頻器啟動的允許條件
　　變頻器啟動的前提為引風(fēng)機電機6kV高壓開關(guān)必須合閘即啟動反饋為1。原有的風(fēng)機啟動條件保留下來作為引風(fēng)機變頻器啟動的允許條件。變頻器就地送來的就緒信號作為另一啟動條件。

在變頻器調(diào)試過程中（不論遠方還是就地啟動時），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“過流”，變頻器跳閘；所以在電動機啟動時，變頻器******頻率設(shè)定不得低于15Hz的限制。

總結(jié)＃1、2引風(fēng)機變頻器啟動必須具備以下3個條件：

＃1、2引風(fēng)機的6kV高壓側(cè)部分的啟動反饋為1。
＃1、2引風(fēng)機的變頻器就地從其PLC送來的啟動就緒開關(guān)為1
＃1、2引風(fēng)機變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的輸出不得小于30%。

3.3引風(fēng)機變頻涉及相關(guān)跳閘保護方面
　　單側(cè)風(fēng)機的變頻器跳閘后，需要聯(lián)跳相應(yīng)一側(cè)的送風(fēng)機。并聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。
　?。?/FONT>1、2風(fēng)機的變頻跳閘后由于相應(yīng)的高壓開關(guān)聯(lián)跳，故保留原鍋爐大連鎖跳閘回路不變。
　　　鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置可靠，但一旦出現(xiàn)問題，必須確保鍋爐安全運行，所以必須實現(xiàn)“工頻—變頻”運行的切換。一旦一臺引風(fēng)變頻故障，無法在短時間內(nèi)恢復(fù)，需要引風(fēng)自動控制到原先的靜葉來調(diào)整，在此背景和需要下，對一臺引風(fēng)變頻停掉，用另一臺引風(fēng)變頻運行；此時機爐負荷應(yīng)保持在：180MW左右。

4、經(jīng)濟綜合測試評價
4.1 節(jié)能效益明顯
　　以下是7機組＃1、2引風(fēng)機變頻器運行后，對10月16日至20日生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行初步比較。

時間（2005年10月）	機爐負荷（平均MW）	變頻運行		工頻運行		變頻器投入前、后比較（％）
		＃1引風(fēng)機	＃2引風(fēng)機	＃1引風(fēng)機	＃2引風(fēng)機
		耗電量（kW.h）	耗電量（kW.h）	耗電量（kW.h）	耗電量（kW.h）
20	20.35	10332	11340	19908	19656
21	20.32	10836	11592	19908	19656
22	22.02	13104	13608

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