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變頻器原理、現(xiàn)場安裝調試情況

新聞來源：點擊數(shù)：2426 更新時間：2013/7/6 收藏此頁

連云港博大機械設備制造有限公司[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。

[關鍵詞] 引風機變頻調速裝置控制

1、概述
　國電宣威發(fā)電有限責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機組設計出力為：300MW，機爐配有兩臺AN31e6(u19-10)型靜葉可調軸流式引風機，額定風量：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、額定轉速：746r/min,電動機無調速裝置，靠改變風機靜葉的角度來調節(jié)風量。

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)相關設備也要隨著負荷的變化作相應的調整。鍋爐的送風量、引風量相應變化，引風機出力調整采用通過改變風機葉片的角度來調節(jié)。通過改變風機靜葉的角度來調節(jié)風量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風量的調節(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。其次靜葉調節(jié)動作遲緩，造成機組負荷調整響應遲滯。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，同時強大的沖擊轉矩和沖擊電流，縮短了電動機和風機機械的使用壽命。

2、變頻器調速節(jié)能原理
2.1 變頻調速的方法
    變頻調速是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調節(jié)交流電動機轉速的目的。根據(jù)電機學原理，交流異步電動機轉速由下式確定:
n=60f(1-S)/p    (1)
式中:n—電動機轉速;
     f—輸入電源頻率;
     S—電動機轉差率;
     p—電機極對數(shù)。
    由公式(1)可知，電動機的輸出轉速與輸入的電源頻率、轉差率、電機的極對數(shù)有關。

交流電動機的直接調速方式主要有：

變極調速(調整p)
轉子串電阻調速或串級調速或內反饋電機(調整S)
變頻調速(調整f)

根據(jù)流體力學的基本定律可知:風機(或水泵)類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q、壓力(揚程)H以及軸功率P具有如下關系:
      Q1/ Q2＝n1/n2    (1)
      H1/ H2＝(n1/n2)2 (2)
      P1/ P2＝(n1/n2)3   (3)
式中:Q1、H1、P1—風機(或水泵)在n1轉速時的流量、壓力(或揚程)、軸功率;
    Q2、H2、P2—風機(或水泵)在n2轉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，風機(或水泵)的流量與其轉速成正比，壓力(或揚程)與其轉速的平方成正比，軸功率與其轉速的立方成正比。，當風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，驅動風機的電機所需的電功率亦可相應降低。

從上述分析可見，調速是風機節(jié)能的重要途徑。采用變頻調速可以實現(xiàn)對引風機電機轉速的線性調節(jié)，通過改變電動機轉速使爐膛負壓、鍋爐氧量等指標與引風機風量維持一定的關系。
3、高壓變頻調速系統(tǒng)應用情況
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)多電平結構，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)絡化控制。內置PLC用于柜體內開關信號的邏輯處理，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，其中開關量信號8個，模擬量信號有2個。（以＃1引風機為例）

序號	DCS系統(tǒng)編號	性質	電氣側名稱	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畫面增加以下內容
　　為實現(xiàn)對變頻引風機的啟?？刂萍稗D速調節(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?！?/FONT>

3.3、變頻器運行方式及控制邏輯
　　引風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整，降低負荷后，停止＃1（或＃2）引風機運行，方可進行引風機運行方式的切換操作。正常情況下，2臺引風機投入變頻調速運行方式。

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輸出的轉速命令信號跟蹤變頻器轉速反饋。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操作畫面轉速控制塊控制變頻器轉速，實現(xiàn)鍋爐負壓的調節(jié)。
　　1）引風機變頻器啟動的允許條件
　　變頻器啟動的前提為引風機電機6kV高壓開關必須合閘即啟動反饋為1。原有的風機啟動條件保留下來作為引風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******頻率設定不得低于15Hz的限制。

總結＃1、2引風機變頻器啟動必須具備以下3個條件：

＃1、2引風機的6kV高壓側部分的啟動反饋為1。
＃1、2引風機的變頻器就地從其PLC送來的啟動就緒開關為1
＃1、2引風機變頻器的轉速設定值的輸出不得小于30%。

3.3引風機變頻涉及相關跳閘保護方面
　　單側風機的變頻器跳閘后，需要聯(lián)跳相應一側的送風機。并聯(lián)關相應擋板及靜葉的邏輯不變。
　?。?/FONT>1、2風機的變頻跳閘后由于相應的高壓開關聯(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。一旦一臺引風變頻故障，無法在短時間內恢復，需要引風自動控制到原先的靜葉來調整，在此背景和需要下，對一臺引風變頻停掉，用另一臺引風變頻運行；此時機爐負荷應保持在：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引風機	＃2引風機	＃1引風機	＃2引風機
		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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