高壓變頻器在鍋爐輔機(jī)控制回路中的應(yīng)用

文/魏慶慶（安徽皖維高新材料股份有限公司）

許多企業(yè)在建設(shè)初期使用的設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵等，其動(dòng)力部分都采用了高壓三相異步電動(dòng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)、水泵的出口處增加擋板或閥門，通過調(diào)節(jié)擋板或閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量或水量的大小，這種方式會(huì)使風(fēng)門磨損嚴(yán)重，帶來檢修頻繁、電機(jī)能耗高等問題，不利于企業(yè)的發(fā)展。高壓變頻器由變壓器柜、功率柜、旁路柜、控制柜組成，其作用是調(diào)節(jié)頻率，可將原來頻率固定不可調(diào)的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的設(shè)備，通過調(diào)頻控制高壓三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到減少風(fēng)門磨損和節(jié)電的目的。隨著高壓變頻器技術(shù)的進(jìn)步，其在電動(dòng)機(jī)特別是高壓三相異步電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用已日趨成熟。近年來，高壓變頻器的使用和改造在企業(yè)得到了大力推廣，節(jié)能效果顯著。本文以鍋爐風(fēng)機(jī)為例，總結(jié)高壓變頻器改造過程中高壓變頻器控制部分如何與高壓開關(guān)柜及分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）之間的控制部分對(duì)接。

一、改造前6 kV 高壓開關(guān)柜動(dòng)作原理和改造要求

1.動(dòng)作原理

6 kV 高壓開關(guān)柜原接線方式如圖1 所示。

圖1 6kV 高壓開關(guān)柜原接線方式

鍋爐風(fēng)機(jī)的正常啟動(dòng)順序是：中控室點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕→DCS 驅(qū)動(dòng)ZJ 繼電器使其帶電→ZJ 繼電器常開觸點(diǎn)閉合→驅(qū)動(dòng)ZJ1 繼電器線圈得電→ZJ1 的輔助觸點(diǎn)位置改變/ZJ1常開觸點(diǎn)閉合→通過微機(jī)保護(hù)裝置→高壓開關(guān)的合閘線圈HQ 帶電→高壓開關(guān)合閘→風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

運(yùn)行中正常停機(jī)順序是：中控室點(diǎn)擊停機(jī)按鈕→DCS驅(qū)動(dòng)ZJ 繼電器失電→ZJ 常開觸點(diǎn)打開→ZJ1 線圈失電→ZJ1 常閉觸點(diǎn)閉合→通過微機(jī)保護(hù)裝置→高壓開關(guān)的分閘線圈TQ 帶電→高壓開關(guān)分閘→風(fēng)機(jī)停運(yùn)。

2.高壓變頻器改造技術(shù)要求

高壓變頻器改造后，高壓開關(guān)柜合閘后6 kV 電源送至高壓變頻器，啟動(dòng)高壓變頻器，高壓變頻器給定頻率啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

高壓變頻器改造后要滿足以下技術(shù)要求：

（1）高壓變頻器處于變頻狀態(tài)時(shí)，若高壓變頻器具備運(yùn)行條件，則發(fā)出允許高壓開關(guān)合閘的信號(hào)，且此信號(hào)為保持信號(hào)；若高壓變頻器不具備運(yùn)行條件，則不會(huì)發(fā)出允許高壓開關(guān)合閘的信號(hào)，高壓開關(guān)不允許合閘，且無法合閘。

（2）高壓變頻器處于工頻狀態(tài)時(shí)，變頻器要發(fā)出工頻允許啟動(dòng)信號(hào)，確保在高壓變頻器本身故障的情況下允許高壓開關(guān)合閘。

（3）高壓開關(guān)合閘后，要反饋一個(gè)已合閘的信號(hào)給高壓變頻器；高壓開關(guān)分閘后，要反饋一個(gè)已分閘信號(hào)給變頻器。合閘和分閘的反饋信號(hào)通過本身的一對(duì)常開觸點(diǎn)和一對(duì)常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。

（4）當(dāng)高壓變頻器本身故障時(shí)，要發(fā)出跳高壓開關(guān)的指令，使高壓開關(guān)跳閘。

（5）高壓變頻器柜門上應(yīng)設(shè)有緊急停機(jī)按鈕，緊急情況下按下緊急停機(jī)按鈕，使高壓開關(guān)分閘斷電。

二、高壓變頻器改造后的動(dòng)作原理與技術(shù)要點(diǎn)

1.動(dòng)作原理

高壓變頻器改造后的控制接線如圖2 所示。

圖2 高壓變頻器改造后的控制接線

高壓變頻器啟動(dòng)是通過驅(qū)動(dòng)變頻器K9 繼電器，變頻器驅(qū)動(dòng)繼電器K9 觸點(diǎn)閉合使KA 繼電器線圈帶電，KA 繼電器常開觸點(diǎn)閉合使ZJ1 線圈帶電，ZJ1 常開觸點(diǎn)閉合通過保護(hù)裝置使合閘線圈HQ 帶電，高壓開關(guān)合閘。

高壓變頻器停止是通過驅(qū)動(dòng)變頻器K9 繼電器，變頻器驅(qū)動(dòng)繼電器K9 觸點(diǎn)斷開使KA 失電，ZJ1 線圈失電，ZJ1常閉觸點(diǎn)閉合，接通跳閘回路，使高壓開關(guān)跳閘。

2.技術(shù)要點(diǎn)

（1）變頻器驅(qū)動(dòng)K9 是一個(gè)保持觸點(diǎn)，正常運(yùn)行時(shí)K9是保持閉合的。若K9 斷開，高壓跳閘。

（2）在原DCS 合閘回路中串入變頻器工頻允許啟動(dòng)觸點(diǎn)（圖2 虛線框中），在變頻器本身發(fā)生故障轉(zhuǎn)入工頻狀態(tài)時(shí)，變頻器發(fā)出允許工頻合閘信號(hào)，高壓開關(guān)才可以合閘；如果變頻器這對(duì)觸點(diǎn)不閉合，即使DCS 驅(qū)動(dòng)ZJ 高壓開關(guān)也不會(huì)合閘。

（3）增加了一個(gè)中間繼電器KA。即使不增加KA 繼電器也可以直接用變頻器的驅(qū)動(dòng)K9 來代替實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的啟停。但這樣就無法區(qū)分是工頻驅(qū)動(dòng)的分合閘還是變頻驅(qū)動(dòng)的分合閘，因?yàn)闊o論工頻啟動(dòng)電機(jī)還是變頻啟動(dòng)電機(jī)，結(jié)果都是使ZJ1 線圈帶電，使高壓開關(guān)合閘，沒有任何區(qū)別。增加了KA 繼電器后，若KA 繼電器和ZJ1 繼電器同時(shí)運(yùn)行，則說明電機(jī)就是在變頻狀態(tài)下運(yùn)行；若只有ZJ1 繼電器在運(yùn)行，KA 繼電器未運(yùn)行，則說明電機(jī)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行。

（4）當(dāng)變頻器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，可通過緊急停止按鈕，接通高壓開關(guān)跳閘回路，使高壓掉電。

三、改造后節(jié)電效果對(duì)比

6 月份改造前后電量對(duì)照見表1。由表1 數(shù)據(jù)可以看出，改造后電量比改造前的電量明顯下降，總用電量由約37000 kWh 降至約21000 kWh，節(jié)電率在40%以上，節(jié)電效果顯著。

表1 鍋爐風(fēng)機(jī)日用電量對(duì)照表（單位：kWh）

四、結(jié)語

高壓三相異步電動(dòng)機(jī)變頻器改造后運(yùn)行正常，變頻啟動(dòng)時(shí)的電機(jī)電流比較平滑，減少了直接啟動(dòng)時(shí)大電流的沖擊，改造后節(jié)電效果顯著。