四方变频器在火力发电厂上料系统中的应用

一、前言

 　　广东南海发电厂位于广东省佛山市，是广东省主要的火力发电厂。在当前竞价上网，燃料价格上涨的严峻形势下，为提高自身的竞争力，创造更好的经济效益。在二期扩建工程中，锅炉水煤浆给料系统采用了先进的变频调速技术，有力地保障了主设备的安全、经济、稳定运行，取得了良好的经济和社会效益。

二、直流调速的缺点

　　在火力发电厂给料系统中，一般采用直流调速、滑差调速两种传统的调速方式。

1、直流调速的缺点

（1）直流电机体积大，造价高，安装拆卸不方便。

（2）直流电机故障率高，电刷与换向器之间容易产生接触不良，电刷磨损较快，电枢容易短路，维修周期长，费用极高。

（3）直流调速可靠性不太好，环境适应性差。当环境比较恶劣时，水潮气容易使直流电机接地短路。

2、滑差调速的缺点

（1）上料现场粉尘多，电机常常因粉尘堵塞而烧坏。

（2）滑差电机在运行中容易出现堵转和同步现象，运行维护量大，维修麻烦。

（3）滑差电机调速线性能较差，控制精度差，误差大，难以进行给料量精确计算和控制，从而使燃烧工况不太稳定。

（4）调速系统设备接线复杂，经常出现断线问题，进而影响给料机的正常运行。

（5）滑差电机保护功能单一，经常发生电机因过负载而烧毁电机事件。

（6）调速特性和稳定性较差，影响锅炉机组的正常工作。

（7）滑差调速电机效率低，损耗大，容易发生故障。

三、变频调速的优点

 　　直流调速和滑差调速方式已满足不了现代大型电厂生产发展的需要。随着技术的发展，变频器经过十几年的发展完善，产品性能、可靠性、稳定性都有很大的发展。四方变频器采用了最新的电力电子器件绝缘栅型双极晶体管（IGBT），它克服了大功率晶体管存在的二次击穿现象，充分保证了变频器的可靠性。在控制方面采用的数字信号处理器（DSP）运算速度高达16.7MIPS以上，具有32位数点小数运算功能，充分保证了变频调速大量控制参数的采集和运算以及对外通讯，控制方法上采用无速度传感器控制，具有很硬的外特性，采用多种优良的控制技术，实现了全面的保护功能，同时整个系统的合理集成和系统的完善设计，基本满足了免维护的要求。这为变频控制装置纳入上料控制系统，对降低系统运行成本，提高系统可靠性具有极大价值。

四、应用实例

　　在广东佛山南海发电厂二期工程上料水煤浆系统配用了四方C320无速度传感器矢量型变频器。锅炉给料变频调速系统由DCS、工控机、I/O采集板卡、通讯网络及组件，同操器、操作器、备操器、变频控制柜、IP44变频电动机、螺杆泵等组成。通过控制电动机的转速来实现对螺杆泵上料的控制，系统具有掉电，过压，欠压，过流，缺相及电机过载自动保护等功能。同时根据反馈量及工艺情况可选择就地操作、远程操作、自动操作等手段进行控制。

　　螺杆泵的工作原理是：螺杆泵工作时，液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围的密封空间，当主动螺杆旋转时，螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力，并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转，所以液体流出流量也是均匀的。螺杆泵特点为：螺杆泵损失小，经济性能好，压力高而均匀，流量均匀，转速高，能与电动机直联。螺杆泵流量是稳定的线性流动，具有自吸能力强、吸入高度强，流量与转速正比，借助调速器可以实现量的自动调节，与变频器搭配使用取得了非常好的使用效果。

　　变频调速系统电路图如下所示：

　　变频器在发电厂上料系统电路图

参数设置如下：

五、出现的问题及解决措施

　　螺杆泵变频器系统在调试过程中，碰到了机械共振问题。当变频器调速到42Hz运行时，测量该电动机径向振动快速增加到0.6mm，远远超过正常规程范围。变频器电流急剧上升，给泵体运行带来了严重隐患。对该泵进行振动监测和分析，当工频运行时运行正常，单独试电动机时也正常。对电机电气参数重新检查和调整，重新调整磁力中心，调整电机轴承及联轴器上连接螺丝，电机振动故障仍然存在。再对电机进行升速曲线分析，该电机的工作转速和其升速曲线上出现振动峰值的转速过于接近。

　　每个机械系统都有一个固有的振动频率，就某一个电机而言，其固有频率f和电机系统的支撑刚度k，电机转子质量m有关。当电机和泵体联机时，应将他们视为一个整体系统来看待。这样整个机组系统的固有频率发生了变化，当电机的转频和该系统的固有频率接近时，由于转子不平衡共振将产生异常振动。这样就出现电动机单机试验时正常，而和泵体试车时在某一个速度范围出现强烈共振的现象。

　　把电机转子与泵体作为一个整体系统重新校正其平衡，从而改变其转子质量。对螺杆泵基础进行加固处理，从而改变其支撑刚度。通过以上处理措施后，改变了该整体系统的固有频率，避免在某一个速度范围出现强烈共振。从而消除了电机机械振动大的故障，机组能够安全的正常运行。

六、 使用效果
    变频调速系统调节范围宽，灵敏度高，线性度可达0.99，电器控制回路简单可靠。变频调速的电机效率高，节能节电。与滑差调速相比可节能20-30%。电动机只接受频率可调的三相电源，省去了机械变速齿轮装置。交流电机安装在现场，而控制柜安装在电气控制室，设备运行条件得到了改善，减少了现场维护量，给料均匀，燃烧稳定，系统自投率大大提高。变频器启动时电机从零速逐步平稳上升到所需的转速，没有任何冲击，电流从零开始上升，不会超过额定电流，解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机，传动系统和主机的冲击应力，降低了日常维护保养费用，延长了电机、螺杆泵的使用寿命。

七、结束语

 　　锅炉上料变频调速控制系统克服了锅炉常规调节方法的缺点，具有节能、调速线性、运行可靠、经济性好、控制精度高等优点。提高了控制系统的准确率、投入率和利用率，提高了能源利用效率，改善了系统运行工艺和主气压力品质。具备了完善的保护功能和便捷的控制，降低了运行成本，提高了经济效益，是电厂锅炉给料调节系统中最优选的方案之一。