四方變頻器在火力發電廠上料系統中的應用

一、前言

 　　廣東南海發電廠位于廣東省佛山市，是廣東省主要的火力發電廠。在當前競價上網，燃料價格上漲的嚴峻形勢下，為提高自身的競爭力，創造更好的經濟效益。在二期擴建工程中，鍋爐水煤漿給料系統采用了先進的變頻調速技術，有力地保障了主設備的安全、經濟、穩定運行，取得了良好的經濟和社會效益。

二、直流調速的缺點

　　在火力發電廠給料系統中，一般采用直流調速、滑差調速兩種傳統的調速方式。

1、直流調速的缺點

（1）直流電機體積大，造價高，安裝拆卸不方便。

（2）直流電機故障率高，電刷與換向器之間容易產生接觸不良，電刷磨損較快，電樞容易短路，維修周期長，費用極高。

（3）直流調速可靠性不太好，環境適應性差。當環境比較惡劣時，水潮氣容易使直流電機接地短路。

2、滑差調速的缺點

（1）上料現場粉塵多，電機常常因粉塵堵塞而燒壞。

（2）滑差電機在運行中容易出現堵轉和同步現象，運行維護量大，維修麻煩。

（3）滑差電機調速線性能較差，控制精度差，誤差大，難以進行給料量精確計算和控制，從而使燃燒工況不太穩定。

（4）調速系統設備接線復雜，經常出現斷線問題，進而影響給料機的正常運行。

（5）滑差電機保護功能單一，經常發生電機因過負載而燒毀電機事件。

（6）調速特性和穩定性較差，影響鍋爐機組的正常工作。

（7）滑差調速電機效率低，損耗大，容易發生故障。

三、變頻調速的優點

 　　直流調速和滑差調速方式已滿足不了現代大型電廠生產發展的需要。隨著技術的發展，變頻器經過十幾年的發展完善，產品性能、可靠性、穩定性都有很大的發展。四方變頻器采用了最新的電力電子器件絕緣柵型雙極晶體管（IGBT），它克服了大功率晶體管存在的二次擊穿現象，充分保證了變頻器的可靠性。在控制方面采用的數字信號處理器（DSP）運算速度高達16.7MIPS以上，具有32位數點小數運算功能，充分保證了變頻調速大量控制參數的采集和運算以及對外通訊，控制方法上采用無速度傳感器控制，具有很硬的外特性，采用多種優良的控制技術，實現了全面的保護功能，同時整個系統的合理集成和系統的完善設計，基本滿足了免維護的要求。這為變頻控制裝置納入上料控制系統，對降低系統運行成本，提高系統可靠性具有極大價值。

四、應用實例

　　在廣東佛山南海發電廠二期工程上料水煤漿系統配用了四方C320無速度傳感器矢量型變頻器。鍋爐給料變頻調速系統由DCS、工控機、I/O采集板卡、通訊網絡及組件，同操器、操作器、備操器、變頻控制柜、IP44變頻電動機、螺桿泵等組成。通過控制電動機的轉速來實現對螺桿泵上料的控制，系統具有掉電，過壓，欠壓，過流，缺相及電機過載自動保護等功能。同時根據反饋量及工藝情況可選擇就地操作、遠程操作、自動操作等手段進行控制。

　　螺桿泵的工作原理是：螺桿泵工作時，液體被吸入后就進入螺紋與泵殼所圍的密封空間，當主動螺桿旋轉時，螺桿泵密封容積在螺牙的擠壓下提高螺桿泵壓力，并沿軸向移動。由于螺桿是等速旋轉，所以液體流出流量也是均勻的。螺桿泵特點為：螺桿泵損失小，經濟性能好，壓力高而均勻，流量均勻，轉速高，能與電動機直聯。螺桿泵流量是穩定的線性流動，具有自吸能力強、吸入高度強，流量與轉速正比，借助調速器可以實現量的自動調節，與變頻器搭配使用取得了非常好的使用效果。

　　變頻調速系統電路圖如下所示：

　　變頻器在發電廠上料系統電路圖

參數設置如下：

五、出現的問題及解決措施

　　螺桿泵變頻器系統在調試過程中，碰到了機械共振問題。當變頻器調速到42Hz運行時，測量該電動機徑向振動快速增加到0.6mm，遠遠超過正常規程范圍。變頻器電流急劇上升，給泵體運行帶來了嚴重隱患。對該泵進行振動監測和分析，當工頻運行時運行正常，單獨試電動機時也正常。對電機電氣參數重新檢查和調整，重新調整磁力中心，調整電機軸承及聯軸器上連接螺絲，電機振動故障仍然存在。再對電機進行升速曲線分析，該電機的工作轉速和其升速曲線上出現振動峰值的轉速過于接近。

　　每個機械系統都有一個固有的振動頻率，就某一個電機而言，其固有頻率f和電機系統的支撐剛度k，電機轉子質量m有關。當電機和泵體聯機時，應將他們視為一個整體系統來看待。這樣整個機組系統的固有頻率發生了變化，當電機的轉頻和該系統的固有頻率接近時，由于轉子不平衡共振將產生異常振動。這樣就出現電動機單機試驗時正常，而和泵體試車時在某一個速度范圍出現強烈共振的現象。

　　把電機轉子與泵體作為一個整體系統重新校正其平衡，從而改變其轉子質量。對螺桿泵基礎進行加固處理，從而改變其支撐剛度。通過以上處理措施后，改變了該整體系統的固有頻率，避免在某一個速度范圍出現強烈共振。從而消除了電機機械振動大的故障，機組能夠安全的正常運行。

六、 使用效果
    變頻調速系統調節范圍寬，靈敏度高，線性度可達0.99，電器控制回路簡單可靠。變頻調速的電機效率高，節能節電。與滑差調速相比可節能20-30%。電動機只接受頻率可調的三相電源，省去了機械變速齒輪裝置。交流電機安裝在現場，而控制柜安裝在電氣控制室，設備運行條件得到了改善，減少了現場維護量，給料均勻，燃燒穩定，系統自投率大大提高。變頻器啟動時電機從零速逐步平穩上升到所需的轉速，沒有任何沖擊，電流從零開始上升，不會超過額定電流，解決了電機啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機，傳動系統和主機的沖擊應力，降低了日常維護保養費用，延長了電機、螺桿泵的使用壽命。

七、結束語

 　　鍋爐上料變頻調速控制系統克服了鍋爐常規調節方法的缺點，具有節能、調速線性、運行可靠、經濟性好、控制精度高等優點。提高了控制系統的準確率、投入率和利用率，提高了能源利用效率，改善了系統運行工藝和主氣壓力品質。具備了完善的保護功能和便捷的控制，降低了運行成本，提高了經濟效益，是電廠鍋爐給料調節系統中最優選的方案之一。