變頻器在我廠鍋爐給粉給煤調速系統改造中的功用

于征

電磁滑差調速和變頻器調速的性能比較

2007年7月我們采用ABB變頻器調速，來取代原先的電磁滑差調速方式。由于現場省去了滑差部分，只安裝了交流異步電動機，既防粉塵，又耐高溫；而且電氣主電路以及控制回路簡單可靠、現場設備也少，能實現免維護。此外，該調速系統正反轉功能給運行操作帶來了極大方便，過去由于煤潮濕結塊等原因，給粉機有時發生堵轉，給鍋爐運行帶來許多麻煩，現在只需運行人員按正、反轉按鈕即可排除堵轉故障，大大減輕了勞動強度，減少了故障停車時間。運行中我們感到ABB變頻器調節線性度好、范圍寬、設備易維護，比滑差調速能節能20%以上。

鍋爐給粉、給煤變頻調速的工作原理

根據公式：電機轉速n=(1-s)60f/p,要改變轉速n可以通過改變電機定子頻率f，磁極對數p及轉差s來實現。電磁滑差調速屬于轉差率調速，從結構、能耗、調節線性及可靠性方面都不如變頻調速。變頻調速是屬于轉差率不變，通過改變頻率而不改電機內部其他參數的情況下來改變轉速，電機機械特性特征基本保持不變。從公式中可以看出均勻地改變電動機定子供電頻率，就可以平滑地改變電機的同步轉速。變頻器調節鍋爐給粉、給煤時，采用恒轉矩輸出特性，即改變頻率時維持電機磁通恒定，因此在電動機調速過程中變頻器輸出到電機定子電壓U和頻率f為線性關系，即U/f為一定值。

ABB變頻器調速系統組成

鍋爐給粉、給煤變頻調速系統有變頻調速柜、數顯轉速表、電流表、調速電位器、啟停小開關及現場的給粉、給煤機電機等組成。單臺給粉、給煤機的啟停及調速，只需操作臺上的弱電小開關及調速電位器，所以在主電路中免去了交流接觸器，增加了可靠性。用8臺變頻器分別控制8臺給粉機轉速，這樣就組成8個變頻單元的調速系統，運行時任一變頻單元出現故障都不會影響其他變頻單元，變頻的主電路如圖1所示。

圖1中VF1-VF8是控制8臺電機的變頻器，M1-M8是給粉電機，DK1-DK8為空氣開關作為電機的后備保護，DK11-DK81刀閘為測試電機絕緣時的斷開點。

為了確保鍋爐給粉系統的穩定運行，我們在設計上，對給粉機電源實現雙回路供電。當工作電源工作時，備用電源處在熱備用狀態，當工作電源停電時備用電源自動投入，互為備用。而且這兩路電源分別供給上層4臺給粉電機變頻器及下層4臺給粉電機變頻器，這樣如果出現一路電源失電可不至于造成鍋爐馬上滅火。操作回路是用交流電源控制，滅火保護接點串在其控制回路中，當滅火保護動作則跳開正在工作的電源，并閉鎖備用電源投入。

變頻器轉速調節系統及控制方式

第一，用兩臺同操器分別控制上層4臺給粉機及下層4臺給粉機，同操器輸出0-10VDC信號給PLC控制器，PLC控制器通過現場總線調節同一層4臺給粉機轉速，對4臺給粉機進行同步操作。通過數據通訊的方式，可以準確地實現4臺電機的同步。

第二，將數字式單回路調節器與變頻器及同操器相配合，可組成主蒸汽壓力自動閉環控制系統，單回路調節器的信號來自主蒸汽壓力及汽包壓力，此信號控制變頻調速裝置改變鍋爐給粉量，實現主蒸汽壓力自動調節。

第三，為使操作工適應原來的操作方式，該系統還設有每臺變頻器單獨調速操作方式，控制器在單獨調速操作時由調速電位器及給粉電機啟停小開關等組成，安裝在操作臺上，可以分別對8臺給粉機單獨進行調速控制，這種控制方式較靈活，可省去同操器，實際運行中同操器可以斷開。

第四，PLC控制器內置的不同通訊接口，提供了多種控制器聯網方式可供選擇，以構成不同要求的工業監控網絡。內置10Base-T通道的PLC支持10Mbps以太網通訊，這樣可以和原DCS實現無縫連接，DCS系統可以把鍋爐給粉控制納入到整個系統控制中。

第五，變頻調速器的控制方法，考慮到性能價格方面因素，變頻器采用ABB制造，型號為ACS401000432,它是整個調速系統的核心。主要由整流電路、濾波電路、大功率模塊、電腦板、驅動電路、保護電路及檢測電路等組成，它將三相交流電整流成直流電，由CPU控制的SPWM正弦波脈寬調制，將直流電轉換成可調頻的交流電，其中控制端子輸入0-10VDC標準信號，可對輸出進行頻率設定。輸入設定的電壓與輸出頻率成線性關系。另外，我們選用了無速度傳感器的電流矢量控制方式，這種控制方式是使用內部速度檢測信號進行矢量控制，在此工作方式下變頻器每次通電工作前能自動檢測所帶電機的參數，根據電機電流、電壓及相位等信號計算出電機的實際工作轉速，當發生與設定值有偏差時能自動修正轉速，保證給粉、給煤機速度穩定性。由于采用了無速度傳感器的電流矢量控制，省掉了原給粉機速度傳感器及速度反饋信號電纜，簡化了電路。過去給粉電機為4極電機2.2kW，實際運行時電機轉速一般為300r/min至1000r/min之間，現在我們選用6極2.2kW電機，調速范圍在0~1200r/min。為防止變頻器速度控制信號系統的故障引起給粉機停轉，使鍋爐燃料中斷而熄火，我們把變頻器輸出下限轉速控制在300r/min，正常轉速調節是在每臺電機基底轉速300r/min基礎上進行增減的。

第六，變頻器的控制方式，設計中設定為外部控制和內部控制。初次通電時，變頻器處于外部控制（遠程控制，REM）；當變頻器處于內部控制時（本地控制，LOC），由變頻器表頭操作盤控制。在表頭操作盤，同時按住MENU和ENTER鍵，直到顯示Loｃ或LCr，變頻器切換到本地控制（LOC）。同時按住MENU和ENTER鍵，直到出現rE，裝置重新回到外控狀態（遠控，REM）。

變頻器應用中的干擾現象

由于ABB變頻器的整流橋是一種非線性負載，能產生高次諧波，對同一電網的其它電子、電氣設備會出現諧波干擾；同時ABB變頻器的逆變器作高速切換時，還能產生大量耦合性噪聲對系統內其他的電子、電氣設備也會產生電磁干擾。另外，系統內干擾信號及供電電源的過壓、欠壓、浪涌等因素，對變頻器本身的正常工作也有較大的干擾。我廠的幾臺35T/H硫化床鍋爐，在運行控制、操作中，就曾因給煤變頻器運行時產生的高次諧波干擾，多次出現DCS系統運行失?，F象（畫面失真、全盤問號、控制信號不穩等），給正常生產帶來相當的困擾。對變頻器的干擾問題，我們按照隔離、濾波、屏蔽、接地的處理方法，對原配置系統進行了改進。具體方法是

第一，在電源和變頻器放大器電路之間的電源線上采用噪聲隔離變壓器來進行隔離，免除傳導干擾。

第二，改善變頻器屏蔽，不讓電磁干擾泄漏。將輸出線用鋼管屏蔽，信號線采用雙芯屏蔽，長度不出20米。將其與主電路及控制回路完全分離。對周圍電子敏感設備線路也按要求設置屏蔽網屏蔽墻，并保證屏蔽可靠接地。

第三，改進接地方式，抑制內部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統的抗干擾能力。我們對變頻器的接地進行了詳細檢查和測試，采用多點接地及經母線接地的形式，確保變頻器不會因接地不良而對設備產生干擾。

以上就是我廠調速系統改造中，ABB變頻器應用的具體實踐活動。從我廠給粉、給煤機等調速系統改造中的成功實踐，可看出：變頻器調速具有良好的功效和廣闊的前景。我們將繼續研究，積極將變頻器調速應用于引風機、送風機等其他調速系統改造中，以實現更大的經濟和社會效益。

（作者供職于姜堰市化肥有限公司）