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案例頻道 變頻調速裝置可優化電動機的運行狀態，大幅提高其運行效率，達到節能目的。過去受價格、可靠性及容量等因素限制，在我國風機市場上一直未能得到廣泛應用。近年來，隨著電子器件和控制技術的迅速發展,高壓變頻器的價格不斷下降,可靠性不斷增強，且模塊化的設計使其容量幾乎不受限制，相應地高壓大容量變頻器也被逐步大量應用。
山西陽光發電有限責任公司1#爐技術改造在2臺引風機電機上分別加裝1套北京利德華福電氣技術有限公司生產的2000kW/6kV高壓變頻裝置。控制器由高速單片機、工控PC和PLC共同構成。單片機實現PWM控制。工控PC提供友好的全中文WINDOWS監控和操作界面，同時可以實現遠程監控和網絡化控制。內置PLC則用于柜體內開關信號的邏輯處理，可以和用戶現場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該高壓變頻器使用西門子的PLC中的S7-200，具有較好的與DCS系統接口能力。根據引風機的運行特性要求以及高壓變頻器控制的具體要求，確定采用如下DCS系統與變頻調速系統的接口及控制方案。
1．DCS系統與高壓變頻器的接口方案設計
DCS系統與高壓變頻器之間的信號總共有22個，其中開關量信號18個，模擬量信號有4個。每臺引風機高壓變頻器開關量信號包括：①待機狀態；②運行狀態；③停止狀態；④輕故障報警；⑤重故障報警；⑥高壓合閘允許；⑦單元旁路狀態；⑧啟動命令；⑨停止命令。每臺引風機高壓變頻器模擬量信號包括：轉速控制命令和轉速反饋信號。
通過對上述信號在DCS系統中的定義邏輯組態實現變頻控制方案。
2．DCS控制中增加以下內容
為實現對變頻引風機的啟停控制及轉速調節，在DCS顯示和控制中增加：
（1）通過DCS系統實現高壓變頻器啟停操作用于遠方啟停高壓變頻器。
（2）DCS控制高壓變頻器轉速控制實現引風變頻的手自動控制。
（3）在DCS系統的顯示報警中增加高壓變頻器輕故障報警塊、重故障報警塊、工頻旁路狀態。
3．運行方式及控制邏輯的說明
3．1引風機高壓變頻器的運行方式
正常情況下，引風機以變頻方式啟動，考慮到高壓變頻器有可能故障，還具備1臺變頻、1臺工頻運行方式和2臺工頻運行方式。
高壓變頻器運行方式分為就地及遠方控制2種。就地控制狀態時，DCS輸出的轉速命令信號跟蹤高壓變頻器轉速反饋，此時，對高壓變頻器的遠方操作無效。
高壓變頻器受DCS控制時分自動和手動2種方式。手動狀態時，運行人員通過改變畫面轉速控制塊控制高壓變頻器轉速，實現負壓的調節。
3．2引風機高壓變頻器啟動的允許條件
啟動必須具備以下3個條件：①引風機A、B的高壓部分已啟動完成；②引風機A、B的高壓變頻器就地從其PLC送來的啟動就緒開關投入。③引風機A、B的高壓變頻器的轉速設定值的輸出小于30％。
由于高壓變頻器啟動的前提為引風機電機高壓開關必須合閘及啟動反饋為1，而原有引風機啟動的條件繼續在整個邏輯中起作用，即原有的風機啟動條件保留下來作為引風機高壓變頻器啟動的允許條件。另外考慮到高壓變頻器就地的實際條件，加入了高壓變頻器就地送來的就緒信號和A/B引風機變頻就緒作為啟動的另一條件。
在高壓變頻器遠方啟動的調試過程中發現：由于高壓變頻器轉速設定塊中的命令可能在一個較高的轉速位，而這時啟動高壓變頻器必然會對爐膛負壓有一個較大擾動，而且容易造成運行誤操作，所以在啟動中加入了命令必須＜30％的限制。
3．3引風機高壓變頻器轉速調整的自動調節
（1）A、B高壓變頻器轉速自動的開關量部分
當引風機靜葉投入自動時，將會閉鎖A、B高壓變頻器轉速投自動。另外當偏差回路中形成值超過一定值(暫定為50％)時，將自動切除高壓變頻器自動。爐膛負壓信號發生故障時，則發傳感器故障信號，高壓變頻器退出自動。當爐膛負壓低一值觸發時，延時3s后閉鎖轉速增加，當爐膛負壓高一值觸發時，延時3s后閉鎖轉速減少。
（2）A、B高壓變頻器轉速自動的模擬量
由于變頻調節對象與引風機靜葉調節對象一樣，所以將原有的偏差形成回路直接引出作為現有的變頻調節的偏差作用于現有的引風變頻控制。并就變頻的特點加入了結合轉速的平衡回路，將兩側的出力保持平衡。同時也獨立的加入其單雙風機變頻方式的增益回路，由于原有的偏差形成回路中包含了總風量的前饋部分，所以在新的變頻轉速回路中就不再增加，考慮到一旦發生單臺引風變頻跳閘，又不能恢復變頻方式運行，將原有的擋板控制回路中的電流平衡回路改為位置反饋平衡回路，同時將另一臺引風變頻逐步加到最大后，投入引風自動。
3．4引風機變頻涉及的相關跳閘保護
（1）單側風機的變頻跳閘聯跳相應一側的送風機，并聯關相應擋板及靜葉的邏輯不變。
（2）雙側風機的變頻跳閘后，由于相應的A風機和B風機的高壓開關聯跳，故保留原鍋爐主保護PLC控制器中的MFT跳閘回路不變。
（3）原有的引風機跳閘回路中增加了高壓變頻器重故障聯跳引風機功能，從而保證在變頻方式下變頻跳閘聯跳引風機，工頻方式下該條件被閉鎖。
引風機變頻控制的流程如圖1所示。
（1）啟動A、B引風機和高壓變頻器，將原2臺引風機擋板的靜葉調至100％，將爐膛負壓設為-50Pa；
（2）啟動A、B送風機后，將其動葉(送風機擋板)開至10％，將A、B引風機變頻置于最低轉速225 r/min，同時將引風變頻投入自動，然后進行定值擾動試驗，將爐膛負壓設定值改變20％，對變頻自動變化情況進行記錄；
（3）針對壓力調節的特性，先將積分時間放到較大的4min，比例系數放到0.3，然后逐步改變比例系數，用臨界比例帶法，進行參數設定。出現調節的等幅震蕩后根據臨界比例帶的算法，先進行初設，有一個基本的參數。P=0.025，Ti=100s；
（4）將A、B送風機動葉的開度按每10％的開度上行程試驗，觀察爐膛負壓的變化情況，記錄偏差大小以及偏差消除時間，完成后進行下行程試驗，用A/B送風機的動葉進行擾動試驗；
（5）改變其中一個的開度為30％，觀察引風變頻的轉速變化情況及負壓的響應時間，再進行送風機的動葉擾動試驗，每10％的開度上行程試驗，觀察爐膛負壓的變化，記錄偏差大小和偏差消除時間，及高壓變頻器的命令輸出和轉速的實際值，完成后進行下行程試驗，核定單雙風機運行的比例增益；
（6）模擬MFT動作條件，在送風機動葉A、B的開度在50％的情況下，觀察爐膛負壓的變化，以及滅火后引風超弛環節的動作情況，進行完自動試驗后，在引風變頻投入自動的情況下，將有關引風變頻的聯鎖進行一次實際動作試驗；
（7）在試驗過程中，還需觀察將送風機單側拉掉，仿真運行中單側送風機掉閘后，變頻自動是否能夠將負壓控制到滿意的范圍；
（8）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，可一旦出現問題，必須確保鍋爐安全運行，所以必須實現工頻—變頻運行的切換。若1臺引風變頻故障，無法在短時間內恢復，需要引風自動控制由原先的靜葉來調整。為此，須試驗停1臺引風變頻，開大另1臺引風變頻，并將原引風自動(靜葉)投入進行相應的擾動，通過試驗，對其中的一些參數進行調整和修改。
根據上述調試，將引風變頻的PID參數逐步優化，在變頻方式下負壓調整平穩可靠，調節品質也有了明顯提高，同時原有的靜葉擋板調節在1臺工頻、1臺變頻的條件下，原有的靜葉調整PID參數也進行了相應的修改，當1臺變頻故障切回工頻工作時，依然能夠由原有的靜葉擋板自動控制負壓，這樣為提高運行的安全性提供了備用空間。
（1）風機變頻改造后，電機實現了軟啟動，峰值電流和峰值時間大為減少，消除了對電網和負載的沖擊，避免產生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風機的使用壽命。
（2）采用變頻調節，實現擋板全開，減少了擋板節流損失，且能均勻調速，滿足調峰需要，能夠節約大量的電能。
（3）低負荷下轉速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風機大修周期，從而節省了大量的檢修費用。
（4）具有控制精度高、抗干擾能力強、諧波含量小的特點，且有完善的保護功能，可實現零轉速平穩啟動，有利于電動機和風機的安全運行。
（1）現場引風機變頻調節和靜葉擋板調節2種不同運行方式的對比試驗表明：引風機變頻調節運行方式能滿足機組出力要求，性能穩定可靠，自動調節品質有了較大改善，尤其是在響應速度上特別明顯，另外基本消除以前使用擋板節流時執行器固有的死區大的毛病。
（2）在機組不同負荷下，入口擋板調節方式的運行效率只有55％左右，而引風機采用變頻調節運行方式的運行效率基本在75％-80％，運行效率大大提高。
（3）使用變頻調速技術，由于變速調節沒有了風門擋板，節約了損耗在風門擋板上的能量，有效地解決了風機由于調節而產生的大量損耗，以其優異的調整性能和顯著的節電效果，使風機處于較經濟的狀態下運行。
[1] 杜金城.電氣變頻調速設計技術[M].北京:中國電力出版社，2002.
[2] 謝麟閣.自動控制原理[M].西安:水利電力出版社，1985.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號