變頻器在電廠灰漿泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 引言
杭州半山發(fā)電有限公司老廠區(qū)有四臺燃煤機組，配有設(shè)計流量為760m3/h的工頻運行的灰漿泵兩臺，將機組運行產(chǎn)生的灰水輸送到公司內(nèi)的脫水倉及澄清池，實現(xiàn)渣水的閉合循環(huán)，大渣經(jīng)過脫水后用于綜合利用，渣水經(jīng)過澄清后通過回水泵打回到鍋爐，重新用來進行沖渣。同時由于環(huán)保的需要，投運了污水處理系統(tǒng)，為了防止灰水外溢，不影響污水處理系統(tǒng)的正常運行，對原來排入渣溝的鍋爐送、引風(fēng)機及空預(yù)器等設(shè)備的冷卻水進行了分流和回收再利用。
由于大量的冷卻水被回收和再利用，引起了灰漿泵前池水位常常過低，造成灰漿泵打空泵。為了防止這種現(xiàn)象，通過調(diào)整灰漿泵出口調(diào)節(jié)閥來控制沖渣水量，正常運行時調(diào)節(jié)閥開度太?。ㄒ话銉H為15%左右），引起調(diào)節(jié)閥及進出口管路磨損加劇，正常情況下兩到三個月就需要更換調(diào)節(jié)閥;同時由于通過節(jié)流損失來控制流量，必須使泵電機維持在較高的轉(zhuǎn)速下運行，造成電能的浪費。另外如果用通過補充工業(yè)水的方法防止打空泵，不僅浪費水資源，而且會引起灰水外溢，使污水處理系統(tǒng)不能正常運行。為了節(jié)約維護成本和水資源，降低能耗，采用以變頻器為核心實現(xiàn)對灰漿泵的控制。
2 系統(tǒng)組成和變頻器特性
灰漿泵控制系統(tǒng)組成如圖1所示，保留兩臺灰漿泵并列運行的形式，只對#1灰漿泵實現(xiàn)變頻控制，利用超聲波水位計，實現(xiàn)灰漿泵前池水位的自動調(diào)節(jié);同時設(shè)計旁路控制功能，在變頻器故障的情況下實現(xiàn)#1灰漿泵的工頻運行，保證灰漿泵系統(tǒng)的運行安全。#1灰漿泵電機型號為Y355M3-6，額定功率為200KW，工作電壓為380VAC，額定電流為374A，轉(zhuǎn)速為990rpm。
根據(jù)#1灰漿泵電機的工作特性，灰漿泵變頻器選用ABB公司的ACS807柜機，ACS807柜機設(shè)計了完整的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)和防塵功能，具體的技術(shù)指標(biāo)如下：
型號：ACS800-07-0260-3+P901;
額定輸出功率：200kW;
額定輸出電流：445A;
電機電纜的推薦最大長度：300米;
環(huán)境：溫度0～50℃，相對濕度5～95%（不結(jié)露），污染等級，不允許有傳導(dǎo)性粉塵。
根據(jù)ACS807輸出電流過溫降容特性：額定電流的極限環(huán)境溫度為40℃，超過40℃后，環(huán)境溫度每增加1℃，額定輸出電流降低1.5%，當(dāng)環(huán)境溫度達到變頻器極限溫度50℃時，額定電流降低15%，降至378A，滿足灰漿泵電機電流374A的要求。
3 變頻器控制和旁路控制方式切換
在灰漿泵系統(tǒng)組成中，#1灰漿泵在正常情況下由變頻器控制，實現(xiàn)變頻運行控制水位，為了保證灰漿泵系統(tǒng)的安全，在變頻器故障情況下，仍保留灰漿泵工頻運行的能力，通過旁路控制實現(xiàn)，以維持系統(tǒng)的安全。
因此在控制系統(tǒng)中必須實現(xiàn)變頻控制和旁路控制方式的切換，控制方式的切換實現(xiàn)如圖2所示。
控制方式通過兩個刀開關(guān)就地硬手操切換實現(xiàn)，每個刀開關(guān)有三組觸點，兩個狀態(tài)。當(dāng)兩個刀開關(guān)都打到下側(cè)時，馬達控制中心過來的電源信號直接連接到#1灰漿泵電機上，變頻器被旁路，實現(xiàn)灰漿泵的工頻運行;當(dāng)兩個刀開關(guān)都打到上側(cè)時，馬達控制中心過來的電源信號連接至變頻器，變頻器的輸出信號連接到#1灰漿泵電機上，灰漿泵由變頻器控制，實現(xiàn)變頻運行;當(dāng)兩個刀開關(guān)打在不同的方向時，整個系統(tǒng)電源回路斷開，則不能實現(xiàn)任何控制方式。
4 操作控制功能實現(xiàn)
在灰漿泵系統(tǒng)中控制回路包括馬達控制中心（原灰漿泵控制柜）和變頻器控制兩部分，其中馬達控制中心部分實現(xiàn)改造前系統(tǒng)的控制，包括灰漿泵電源的合閘和跳閘，實現(xiàn)灰漿泵工頻運行。變頻器部分則分成啟?？刂坪娃D(zhuǎn)速控制，變頻器啟?？刂瓢ň偷睾瓦h方兩種操作方式，可通過就地的方式選擇開關(guān)設(shè)定。變頻器控制部分在就地控制柜中進行信號的綜合，如圖3所示，產(chǎn)生電源合閘、電源跳閘、變頻器啟動和變頻器停止四個信號。在變頻運行方式中，電源合閘、電源跳閘作用于馬達控制中心，用于對變頻器送電，正常情況下通過電源合閘使#1灰漿泵處于送電熱備狀態(tài)，如要運行#1灰漿泵，則必須通過就地或遠方形成#1灰漿泵變頻器啟動指令，而變頻器停止信號用于停止#1灰漿泵的運行;如果在運行中#1灰漿泵變頻器發(fā)生停機故障，則切灰漿泵為工頻運行，控制柜形成的電源合閘、電源跳閘信號改作為#1灰漿泵的啟/停指令。
變頻器轉(zhuǎn)速控制包括手動調(diào)整和變頻器自動控制兩種方式，手動方式又分成就地模擬量調(diào)整、就地開關(guān)量調(diào)整和變頻器操作面板上調(diào)整，手動和自動方式的選擇由從就地操作控制器引至變頻器的外部開關(guān)量信號（可由遠方控制）進行設(shè)定，手動狀態(tài)下操作方式的選擇必須在變頻器中進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。
●變頻器自動控制是主要的控制方式，將超聲波液位計測出的灰漿泵前池水位信號輸入到變頻器，同時在變頻器面板上輸入水位的目標(biāo)值，利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，維持水位在正常的偏差范圍內(nèi)。
●就地模擬量調(diào)整是手動狀態(tài)下主要的操作方式，在遠方控制室或就地操作器上給出一個4～20mA的模擬量，利用該信號作為變頻器的手動轉(zhuǎn)速指令。
●就地開關(guān)量調(diào)整是模擬量調(diào)整的后備手段，當(dāng)就地模擬量通道出現(xiàn)故障時（如AO故障、失電、斷線），利用就地的增減按鈕實現(xiàn)步進式調(diào)整，以防止變頻器失控，保證灰漿泵的運行。
●變頻器操作面板調(diào)整是控制的最后手段，利用面板上的操作按鈕實現(xiàn)控制。
5 小結(jié)
變頻器在灰漿泵系統(tǒng)中的應(yīng)用，改變了以往使用節(jié)流方法調(diào)整灰漿泵前池水位的方式，獲得了明顯的經(jīng)濟效益：
●減少甚至基本避免了因節(jié)流而引起的調(diào)節(jié)閥及進出口管路磨損的現(xiàn)象，延長了調(diào)節(jié)閥的使用壽命，節(jié)約了大量的設(shè)備費用（一只調(diào)節(jié)閥近三萬元）;
●達到了自動控制水位的目的，提高了系統(tǒng)的自動化水平，能維持灰漿泵前池水位在正常范圍內(nèi)，避免或大大減少了因水位下降引起打空泵而導(dǎo)致灰漿泵氣蝕的可能，極大地降低了維護檢修費用;
●減少了灰漿泵頻繁啟動或停止的次數(shù)，提高了灰漿泵的使用壽命;
●降低了灰漿漿泵運行的電耗，減少了電能的浪費，提高了系統(tǒng)的效率，經(jīng)改造前后測算：灰漿泵工頻運行時電流值平均為320A;利用變頻器控制后，最高轉(zhuǎn)速時電流值為300A，最低轉(zhuǎn)速時電流值為50A，經(jīng)運行人員測算平均為175A，平均電流減少了45%;
●實現(xiàn)了遠方控制，為以后將灰漿泵及前池水位納入單元機組DCS控制創(chuàng)造了前提條件。
本文作者的創(chuàng)新點：在利用變頻器實現(xiàn)灰漿泵前池水位自動控制的同時，保留了灰漿泵工頻運行回路，以方便快捷的方式實現(xiàn)變頻和工頻運行方式的切換，并實現(xiàn)了變頻器的遠方控制，提高了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，達到了減人增效的目的。
杭州半山發(fā)電有限公司老廠區(qū)有四臺燃煤機組，配有設(shè)計流量為760m3/h的工頻運行的灰漿泵兩臺，將機組運行產(chǎn)生的灰水輸送到公司內(nèi)的脫水倉及澄清池，實現(xiàn)渣水的閉合循環(huán)，大渣經(jīng)過脫水后用于綜合利用，渣水經(jīng)過澄清后通過回水泵打回到鍋爐，重新用來進行沖渣。同時由于環(huán)保的需要，投運了污水處理系統(tǒng)，為了防止灰水外溢，不影響污水處理系統(tǒng)的正常運行，對原來排入渣溝的鍋爐送、引風(fēng)機及空預(yù)器等設(shè)備的冷卻水進行了分流和回收再利用。
由于大量的冷卻水被回收和再利用，引起了灰漿泵前池水位常常過低，造成灰漿泵打空泵。為了防止這種現(xiàn)象，通過調(diào)整灰漿泵出口調(diào)節(jié)閥來控制沖渣水量，正常運行時調(diào)節(jié)閥開度太?。ㄒ话銉H為15%左右），引起調(diào)節(jié)閥及進出口管路磨損加劇，正常情況下兩到三個月就需要更換調(diào)節(jié)閥;同時由于通過節(jié)流損失來控制流量，必須使泵電機維持在較高的轉(zhuǎn)速下運行，造成電能的浪費。另外如果用通過補充工業(yè)水的方法防止打空泵，不僅浪費水資源，而且會引起灰水外溢，使污水處理系統(tǒng)不能正常運行。為了節(jié)約維護成本和水資源，降低能耗，采用以變頻器為核心實現(xiàn)對灰漿泵的控制。
2 系統(tǒng)組成和變頻器特性
灰漿泵控制系統(tǒng)組成如圖1所示，保留兩臺灰漿泵并列運行的形式，只對#1灰漿泵實現(xiàn)變頻控制，利用超聲波水位計，實現(xiàn)灰漿泵前池水位的自動調(diào)節(jié);同時設(shè)計旁路控制功能，在變頻器故障的情況下實現(xiàn)#1灰漿泵的工頻運行，保證灰漿泵系統(tǒng)的運行安全。#1灰漿泵電機型號為Y355M3-6，額定功率為200KW，工作電壓為380VAC，額定電流為374A，轉(zhuǎn)速為990rpm。
根據(jù)#1灰漿泵電機的工作特性，灰漿泵變頻器選用ABB公司的ACS807柜機，ACS807柜機設(shè)計了完整的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)和防塵功能，具體的技術(shù)指標(biāo)如下：
型號：ACS800-07-0260-3+P901;
額定輸出功率：200kW;
額定輸出電流：445A;
電機電纜的推薦最大長度：300米;
環(huán)境：溫度0～50℃，相對濕度5～95%（不結(jié)露），污染等級，不允許有傳導(dǎo)性粉塵。
根據(jù)ACS807輸出電流過溫降容特性：額定電流的極限環(huán)境溫度為40℃，超過40℃后，環(huán)境溫度每增加1℃，額定輸出電流降低1.5%，當(dāng)環(huán)境溫度達到變頻器極限溫度50℃時，額定電流降低15%，降至378A，滿足灰漿泵電機電流374A的要求。
3 變頻器控制和旁路控制方式切換
在灰漿泵系統(tǒng)組成中，#1灰漿泵在正常情況下由變頻器控制，實現(xiàn)變頻運行控制水位，為了保證灰漿泵系統(tǒng)的安全，在變頻器故障情況下，仍保留灰漿泵工頻運行的能力，通過旁路控制實現(xiàn)，以維持系統(tǒng)的安全。
因此在控制系統(tǒng)中必須實現(xiàn)變頻控制和旁路控制方式的切換，控制方式的切換實現(xiàn)如圖2所示。
控制方式通過兩個刀開關(guān)就地硬手操切換實現(xiàn)，每個刀開關(guān)有三組觸點，兩個狀態(tài)。當(dāng)兩個刀開關(guān)都打到下側(cè)時，馬達控制中心過來的電源信號直接連接到#1灰漿泵電機上，變頻器被旁路，實現(xiàn)灰漿泵的工頻運行;當(dāng)兩個刀開關(guān)都打到上側(cè)時，馬達控制中心過來的電源信號連接至變頻器，變頻器的輸出信號連接到#1灰漿泵電機上，灰漿泵由變頻器控制，實現(xiàn)變頻運行;當(dāng)兩個刀開關(guān)打在不同的方向時，整個系統(tǒng)電源回路斷開，則不能實現(xiàn)任何控制方式。
4 操作控制功能實現(xiàn)
在灰漿泵系統(tǒng)中控制回路包括馬達控制中心（原灰漿泵控制柜）和變頻器控制兩部分，其中馬達控制中心部分實現(xiàn)改造前系統(tǒng)的控制，包括灰漿泵電源的合閘和跳閘，實現(xiàn)灰漿泵工頻運行。變頻器部分則分成啟?？刂坪娃D(zhuǎn)速控制，變頻器啟?？刂瓢ň偷睾瓦h方兩種操作方式，可通過就地的方式選擇開關(guān)設(shè)定。變頻器控制部分在就地控制柜中進行信號的綜合，如圖3所示，產(chǎn)生電源合閘、電源跳閘、變頻器啟動和變頻器停止四個信號。在變頻運行方式中，電源合閘、電源跳閘作用于馬達控制中心，用于對變頻器送電，正常情況下通過電源合閘使#1灰漿泵處于送電熱備狀態(tài)，如要運行#1灰漿泵，則必須通過就地或遠方形成#1灰漿泵變頻器啟動指令，而變頻器停止信號用于停止#1灰漿泵的運行;如果在運行中#1灰漿泵變頻器發(fā)生停機故障，則切灰漿泵為工頻運行，控制柜形成的電源合閘、電源跳閘信號改作為#1灰漿泵的啟/停指令。
變頻器轉(zhuǎn)速控制包括手動調(diào)整和變頻器自動控制兩種方式，手動方式又分成就地模擬量調(diào)整、就地開關(guān)量調(diào)整和變頻器操作面板上調(diào)整，手動和自動方式的選擇由從就地操作控制器引至變頻器的外部開關(guān)量信號（可由遠方控制）進行設(shè)定，手動狀態(tài)下操作方式的選擇必須在變頻器中進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。
●變頻器自動控制是主要的控制方式，將超聲波液位計測出的灰漿泵前池水位信號輸入到變頻器，同時在變頻器面板上輸入水位的目標(biāo)值，利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，維持水位在正常的偏差范圍內(nèi)。
●就地模擬量調(diào)整是手動狀態(tài)下主要的操作方式，在遠方控制室或就地操作器上給出一個4～20mA的模擬量，利用該信號作為變頻器的手動轉(zhuǎn)速指令。
●就地開關(guān)量調(diào)整是模擬量調(diào)整的后備手段，當(dāng)就地模擬量通道出現(xiàn)故障時（如AO故障、失電、斷線），利用就地的增減按鈕實現(xiàn)步進式調(diào)整，以防止變頻器失控，保證灰漿泵的運行。
●變頻器操作面板調(diào)整是控制的最后手段，利用面板上的操作按鈕實現(xiàn)控制。
5 小結(jié)
變頻器在灰漿泵系統(tǒng)中的應(yīng)用，改變了以往使用節(jié)流方法調(diào)整灰漿泵前池水位的方式，獲得了明顯的經(jīng)濟效益：
●減少甚至基本避免了因節(jié)流而引起的調(diào)節(jié)閥及進出口管路磨損的現(xiàn)象，延長了調(diào)節(jié)閥的使用壽命，節(jié)約了大量的設(shè)備費用（一只調(diào)節(jié)閥近三萬元）;
●達到了自動控制水位的目的，提高了系統(tǒng)的自動化水平，能維持灰漿泵前池水位在正常范圍內(nèi)，避免或大大減少了因水位下降引起打空泵而導(dǎo)致灰漿泵氣蝕的可能，極大地降低了維護檢修費用;
●減少了灰漿泵頻繁啟動或停止的次數(shù)，提高了灰漿泵的使用壽命;
●降低了灰漿漿泵運行的電耗，減少了電能的浪費，提高了系統(tǒng)的效率，經(jīng)改造前后測算：灰漿泵工頻運行時電流值平均為320A;利用變頻器控制后，最高轉(zhuǎn)速時電流值為300A，最低轉(zhuǎn)速時電流值為50A，經(jīng)運行人員測算平均為175A，平均電流減少了45%;
●實現(xiàn)了遠方控制，為以后將灰漿泵及前池水位納入單元機組DCS控制創(chuàng)造了前提條件。
本文作者的創(chuàng)新點：在利用變頻器實現(xiàn)灰漿泵前池水位自動控制的同時，保留了灰漿泵工頻運行回路，以方便快捷的方式實現(xiàn)變頻和工頻運行方式的切換，并實現(xiàn)了變頻器的遠方控制，提高了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，達到了減人增效的目的。
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