變頻調(diào)速裝置可優(yōu)化電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，大幅提高其運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能目的。過去受價(jià)格、可靠性及容量等因素限制，在我國風(fēng)機(jī)市場上一直未能得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著電子器件和控制技術(shù)的迅速發(fā)展,高壓變頻器的價(jià)格不斷下降,可靠性不斷增強(qiáng)，且模塊化的設(shè)計(jì)使其容量幾乎不受限制，相應(yīng)地高壓大容量變頻器也被逐步大量應(yīng)用。
山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司1#爐技術(shù)改造在2臺(tái)引風(fēng)機(jī)電機(jī)上分別加裝1套北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的2000kW/6kV高壓變頻裝置?？刂破饔筛咚賳纹瑱C(jī)、工控PC和PLC共同構(gòu)成。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制。工控PC提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，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則用于柜體內(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(tǒng)接口能力。根據(jù)引風(fēng)機(jī)的運(yùn)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(tǒng)與變頻調(diào)速系統(tǒng)的接口及控制方案。
1.DCS系統(tǒng)與高壓變頻器的接口方案設(shè)計(jì)
DCS系統(tǒng)與高壓變頻器之間的信號總共有22個(gè)，其中開關(guān)量信號18個(gè)，模擬量信號有4個(gè)。每臺(tái)引風(fēng)機(jī)高壓變頻器開關(guān)量信號包括：①待機(jī)狀態(tài);②運(yùn)行狀態(tài);③停止?fàn)顟B(tài);④輕故障報(bào)警;⑤重故障報(bào)警;⑥高壓合閘允許;⑦單元旁路狀態(tài);⑧啟動(dòng)命令;⑨停止命令。每臺(tái)引風(fēng)機(jī)高壓變頻器模擬量信號包括：轉(zhuǎn)速控制命令和轉(zhuǎn)速反饋信號。
通過對上述信號在DCS系統(tǒng)中的定義邏輯組態(tài)實(shí)現(xiàn)變頻控制方案。
2.DCS控制中增加以下內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)對變頻引風(fēng)機(jī)的啟?？刂萍稗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS顯示和控制中增加：
(1)通過DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高壓變頻器啟停操作用于遠(yuǎn)方啟停高壓變頻器。
(2)DCS控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)引風(fēng)變頻的手自動(dòng)控制。
(3)在DCS系統(tǒng)的顯示報(bào)警中增加高壓變頻器輕故障報(bào)警塊、重故障報(bào)警塊、工頻旁路狀態(tài)。
3.運(yùn)行方式及控制邏輯的說明
3.1引風(fēng)機(jī)高壓變頻器的運(yùn)行方式
正常情況下，引風(fēng)機(jī)以變頻方式啟動(dòng)，考慮到高壓變頻器有可能故障，還具備1臺(tái)變頻、1臺(tái)工頻運(yùn)行方式和2臺(tái)工頻運(yùn)行方式。
高壓變頻器運(yùn)行方式分為就地及遠(yuǎn)方控制2種。就地控制狀態(tài)時(shí)，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋，此時(shí)，對高壓變頻器的遠(yuǎn)方操作無效。
高壓變頻器受DCS控制時(shí)分自動(dòng)和手動(dòng)2種方式。手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行人員通過改變畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓的調(diào)節(jié)。
3.2引風(fēng)機(jī)高壓變頻器啟動(dòng)的允許條件
啟動(dòng)必須具備以下3個(gè)條件：①引風(fēng)機(jī)A、B的高壓部分已啟動(dòng)完成;②引風(fēng)機(jī)A、B的高壓變頻器就地從其PLC送來的啟動(dòng)就緒開關(guān)投入。③引風(fēng)機(jī)A、B的高壓變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的輸出小于30%。
由于高壓變頻器啟動(dòng)的前提為引風(fēng)機(jī)電機(jī)高壓開關(guān)必須合閘及啟動(dòng)反饋為1，而原有引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的條件繼續(xù)在整個(gè)邏輯中起作用，即原有的風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件保留下來作為引風(fēng)機(jī)高壓變頻器啟動(dòng)的允許條件。另外考慮到高壓變頻器就地的實(shí)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(fēng)機(jī)變頻就緒作為啟動(dòng)的另一條件。
在高壓變頻器遠(yuǎn)方啟動(dòng)的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)：由于高壓變頻器轉(zhuǎn)速設(shè)定塊中的命令可能在1個(gè)較高的轉(zhuǎn)速位，而這時(shí)啟動(dòng)高壓變頻器必然會(huì)對爐膛負(fù)壓有1個(gè)較大擾動(dòng)，而且容易造成運(yùn)行誤操作，所以在啟動(dòng)中加入了命令必須<30%的限制。
3.3引風(fēng)機(jī)高壓變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)整的自動(dòng)調(diào)節(jié)
(1)A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速自動(dòng)的開關(guān)量部分
當(dāng)引風(fēng)機(jī)靜葉投入自動(dòng)時(shí)，將會(huì)閉鎖A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速投自動(dòng)。另外當(dāng)偏差回路中形成值超過一定值(暫定為50%)時(shí)，將自動(dòng)切除高壓變頻器自動(dòng)。爐膛負(fù)壓信號發(fā)生故障時(shí)，則發(fā)傳感器故障信號，高壓變頻器退出自動(dòng)。當(dāng)爐膛負(fù)壓低一值觸發(fā)時(shí)，延時(shí)3s后閉鎖轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)爐膛負(fù)壓高一值觸發(fā)時(shí)，延時(shí)3s后閉鎖轉(zhuǎn)速減少。
(2)A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速自動(dòng)的模擬量
由于變頻調(diào)節(jié)對象與引風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)對象一樣，所以將原有的偏差形成回路直接引出作為現(xiàn)有的變頻調(diào)節(jié)的偏差作用于現(xiàn)有的引風(fēng)變頻控制。并就變頻的特點(diǎn)加入了結(jié)合轉(zhuǎn)速的平衡回路，將兩側(cè)的出力保持平衡。同時(shí)也獨(dú)立的加入其單雙風(fēng)機(jī)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(fēng)量的前饋部分，所以在新的變頻轉(zhuǎn)速回路中就不再增加，考慮到一旦發(fā)生單臺(tái)引風(fēng)變頻跳閘，又不能恢復(fù)變頻方式運(yùn)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(shí)將另1臺(tái)引風(fēng)變頻逐步加到最大后，投入引風(fēng)自動(dòng)。
3.4引風(fēng)機(jī)變頻涉及的相關(guān)跳閘保護(hù)
(1)單側(cè)風(fēng)機(jī)的變頻跳閘聯(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。
(2)雙側(cè)風(fēng)機(jī)的變頻跳閘后，由于相應(yīng)的A風(fēng)機(jī)和B風(fēng)機(jī)的高壓開關(guān)聯(lián)跳，故保留原鍋爐主保護(hù)PLC控制器中的MFT跳閘回路不變。
(3)原有的引風(fēng)機(jī)跳閘回路中增加了高壓變頻器重故障聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)功能，從而保證在變頻方式下變頻跳閘聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)，工頻方式下該條件被閉鎖。
引風(fēng)機(jī)變頻控制的流程如圖1所示。
4.引風(fēng)變頻自動(dòng)參數(shù)整定試驗(yàn)及相關(guān)調(diào)試
(1)啟動(dòng)A、B引風(fēng)機(jī)和高壓變頻器，將原2臺(tái)引風(fēng)機(jī)擋板的靜葉調(diào)至100%，將爐膛負(fù)壓設(shè)為-50Pa;
(2)啟動(dòng)A、B送風(fēng)機(jī)后，將其動(dòng)葉(送風(fēng)機(jī)擋板)開至10%，將A、B引風(fēng)機(jī)變頻置于最低轉(zhuǎn)速225 r/min，同時(shí)將引風(fēng)變頻投入自動(dòng)，然后進(jìn)行定值擾動(dòng)試驗(yàn)，將爐膛負(fù)壓設(shè)定值改變20%，對變頻自動(dòng)變化情況進(jìn)行記錄;
(3)針對壓力調(diào)節(jié)的特性，先將積分時(shí)間放到較大的4min，比例系數(shù)放到0.3，然后逐步改變比例系數(shù)，用臨界比例帶法，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。出現(xiàn)調(diào)節(jié)的等幅震蕩后根據(jù)臨界比例帶的算法，先進(jìn)行初設(shè)，有1個(gè)基本的參數(shù)。P=0.025，Ti=100s;
(4)將A、B送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉的開度按每10%的開度上行程試驗(yàn)，觀察爐膛負(fù)壓的變化情況，記錄偏差大小以及偏差消除時(shí)間，完成后進(jìn)行下行程試驗(yàn)，用A/B送風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn);
(5)改變其中1個(gè)的開度為30%，觀察引風(fēng)變頻的轉(zhuǎn)速變化情況及負(fù)壓的響應(yīng)時(shí)間，再進(jìn)行送風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉擾動(dòng)試驗(yàn)，每10%的開度上行程試驗(yàn)，觀察爐膛負(fù)壓的變化，記錄偏差大小和偏差消除時(shí)間，及高壓變頻器的命令輸出和轉(zhuǎn)速的實(shí)際值，完成后進(jìn)行下行程試驗(yàn)，核定單雙風(fēng)機(jī)運(yùn)行的比例增益;
(6)模擬MFT動(dòng)作條件，在送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉A、B的開度在50%的情況下，觀察爐膛負(fù)壓的變化，以及滅火后引風(fēng)超弛環(huán)節(jié)的動(dòng)作情況，進(jìn)行完自動(dòng)試驗(yàn)后，在引風(fēng)變頻投入自動(dòng)的情況下，將有關(guān)引風(fēng)變頻的聯(lián)鎖進(jìn)行1次實(shí)際動(dòng)作試驗(yàn);
(7)在試驗(yàn)過程中，還需觀察將送風(fēng)機(jī)單側(cè)拉掉，仿真運(yùn)行中單側(cè)送風(fēng)機(jī)掉閘后，變頻自動(dòng)是否能夠?qū)⒇?fù)壓控制到滿意的范圍;
(8)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，可一旦出現(xiàn)問題，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。若1臺(tái)引風(fēng)變頻故障，無法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，需要引風(fēng)自動(dòng)控制由原先的靜葉來調(diào)整。為此，須試驗(yàn)停1臺(tái)引風(fēng)變頻，開大另1臺(tái)引風(fēng)變頻，并將原引風(fēng)自動(dòng)(靜葉)投入進(jìn)行相應(yīng)的擾動(dòng)，通過試驗(yàn)，對其中的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改。
根據(jù)上述調(diào)試，將引風(fēng)變頻的PID參數(shù)逐步優(yōu)化，在變頻方式下負(fù)壓調(diào)整平穩(wěn)可靠，調(diào)節(jié)品質(zhì)也有了明顯提高，同時(shí)原有的靜葉擋板調(diào)節(jié)在1臺(tái)工頻、1臺(tái)變頻的條件下，原有的靜葉調(diào)整PID參數(shù)也進(jìn)行了相應(yīng)的修改，當(dāng)1臺(tái)變頻故障切回工頻工作時(shí)，依然能夠由原有的靜葉擋板自動(dòng)控制負(fù)壓，這樣為提高運(yùn)行的安全性提供了備用空間。
5.實(shí)現(xiàn)引風(fēng)變頻調(diào)速后的效果
(1)風(fēng)機(jī)變頻改造后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，峰值電流和峰值時(shí)間大為減少，消除了對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機(jī)絕緣，延長了電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。
(2)采用變頻調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)擋板全開，減少了擋板節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，滿足調(diào)峰需要，能夠節(jié)約大量的電能。
(3)低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機(jī)械部分的磨損和振動(dòng)，延長了風(fēng)機(jī)大修周期，從而節(jié)省了大量的檢修費(fèi)用。
(4)具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、諧波含量小的特點(diǎn)，且有完善的保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速平穩(wěn)啟動(dòng)，有利于電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。
6.結(jié)束語
(1)現(xiàn)場引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)和靜葉擋板調(diào)節(jié)2種不同運(yùn)行方式的對比試驗(yàn)表明：引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行方式能滿足機(jī)組出力要求，性能穩(wěn)定可靠，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)有了較大改善，尤其是在響應(yīng)速度上特別明顯，另外基本消除以前使用擋板節(jié)流時(shí)執(zhí)行器固有的死區(qū)大的毛病。
(2)在機(jī)組不同負(fù)荷下，入口擋板調(diào)節(jié)方式的運(yùn)行效率只有55%左右，而引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行方式的運(yùn)行效率基本在75%-80%，運(yùn)行效率大大提高。
(3)使用變頻調(diào)速技術(shù)，由于變速調(diào)節(jié)沒有了風(fēng)門擋板，節(jié)約了損耗在風(fēng)門擋板上的能量，有效地解決了風(fēng)機(jī)由于調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的大量損耗，以其優(yōu)異的調(diào)整性能和顯著的節(jié)電效果，使風(fēng)機(jī)處于較經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行。
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