变频调速技术在火电厂化水自动加药系统的应用

　　关键词:变频调速系统 加药 控制

　　1 引言

　　随着变频技术的发展和成熟。变频器以其明显节能效果、高可靠性、较高功率因数及效率，以及优良调速特性、操作简单、启动电流小、机械振动和磨损较少、保护功能完善、容易实现自动调节等诸多优点，成为当今电气拖动系统的佼佼者。电厂自动加药系统已广泛采用变频调速技术取代传统的直流调速系统。而直流调速存在:电机造价高、可靠性差、维护量大、寿命短、能耗大等问题。

　　2 火电厂化水自动加药变频调速系统介绍

　　(1) 化水自动加药泵是用来为化水提供加药的动力设备。化水加药计量泵无论是柱(活)塞式，还是隔膜式、都是容积往复式泵。工作过程:活塞1在泵缸2内作往复运动来吸入和排出液体。当活塞1开始自极左端位置向右移动时，工作室3的容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开吸水阀4，进入活塞1所让出的空间，直到活塞1移动到极右端为止，此过程为泵的吸水过程。当活塞1从右端开始向左端移动时，充满泵的流体受挤压，将吸水阀4关闭，并打开压水阀5而排出，此过程为泵的压水过程。 活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就不断地交替进行。泵的驱动电机就交替工作在驱动(电动)和制动(发电)状态，加药变频调速系统有其特殊性。

　　(2) 电厂化水加药泵电机变频调速系统介绍

　　① 调速系统由化学监测仪表检测工艺系统参数，送入调节器与设定值比较，进行PI调节运算，其输出反馈给变频器控制转速，达到调节系统参数的目的。采用冗余操作控制方式，即系统配置了智能手操器。

　　② 化水自动加药变频调速系统范围

　　随着化学监测表计的成熟，电厂现已经用到:PH表、SI表、Na表、电导仪、酸碱浓度、浊度仪、联氨表等。在联氨、氨、磷酸盐、二甲基酮肟、混凝计等自动加药系统均可采用变频调速。

　　3 加药装置的电气接线方式

　　根据加药设备有“一箱二泵”、“二箱二泵”、 “二箱三泵”、 “二箱四泵”等类型，即至少有三个以上电机为一组，而加药泵一般为两个。加药电机一般相互备用。4 加药变频调速系统方案

　　(1) 电气接线:可采用上述方案。如“一拖一”，不带工频旁路方案，此方案应用多，如在井冈山化水加药系统、德州化水加药系统的应用。或电机和泵采用一备二冗余方案，即接线方案3，以节约投资。

　　(2) 控制原理:由于化水系统现在一般采用PLC程控系统，随着PLC技术的发展。化学自动加药系统的调节控制，一般在PLC内完成常规PID运算或高级控制规律，如模糊协调控制。

　　① 利用热工一次测量元件，在化水PLC程控系统中，将采集工艺系统的温度、压力、PH值以及溶解氧、Na+、Sio2+等参数的变化值，转换成4---20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器。变频器通过比较转速输出量与PLC程控速度给定之间的大小，自动调节加药泵电动机的转速，实现加药计量的转速自动控制，达到保证系统工艺参数在正常范围内变化的目的。变频器输出的模拟量、干接点信号全部进入PLC系统，形成闭环控制，同时实现相关联锁功能。

　　② 系统设有就地和远方两种控制途径。就地控制是在变频器处通过变频器面板进行操作或应急处理。远方控制是在控制室内进行。

　　③ 远方控制方式分为两种工作方式:一种方式为远方手动方式。在这种工作方式下，操作员通过化水程控PLC系统的CRT手动给定信号，调节变频器。另一种方式为远方自动方式。在这种工作方式下，转速给定是在PLC系统中进行调节运算的，输出给变频器，调节加药泵的速度，使系统参数跟随给定值变化。 

    ④ 保护配置:变频器内保护齐全，有运行中开门、冷却风扇停运、变频器过热、输入电压过低、负载超速、功率单元异常(通常异常、过压、过负荷等)、接地等各种类型保护，完全具备对自身及电动机的保护功能。因此，变频器电源开关保护装置可以不变(电流速断及接地保护)。

　　⑤ 信号接口:变频器送给PLC的模拟量为:电动机转速;干接点有:变频器运行、故障、控制电源消失、功率单元旁路运行，共4个量。PLC系统送到变频器的模拟量为转速给定指令;干接点为远方启停。变频器送到控制室操作台有变频器紧急停机、复位两个干接点。

　　⑥ 保护行为:当变频器故障，控制电源消失或按下紧急停机按钮时，变频器输入电源开关跳闸，切断电源，同时参与化水程控大联锁。机组运行过程中，由于各种原因发生电源切换，会造成控制电源消失。为了避免因此将变频器停电，在变频器内部增加了控制电源消失保护经过短时间(1MIN)内延时动作跳电源开关的逻辑。

　　⑦ 自检闭锁:电源开关合闸初期，变频器存在10秒以内的自检查过程，此时变频器自认为处于故障状态，发出电源开关跳闸指令。因此，需要在变频器或PLC系统控制逻辑中增加一段延时(10秒)，躲开自检查过程，确保电源开关合闸。

　　⑧ 由于变频器集成有网络技术，井冈山化水加药控制系统利用此技术，通过PLC的远程站模式、利用双绞线与变频器总线适配器来完成上述各项控制，而变频器作为系统的智能终端。这种方式十分节省电缆。

　　4 自动加药变频调速系统的特殊性

　　由于加药泵为往复式容积泵，不同于一般泵。泵电机带偏心轮运转，电机的负载变化较大。一旦变频器输出频率上升到一定值后，由于电机转速的增加，其工作电流也增加，偏心轮惯性也在增加。实际上偏心轮(泵)运行的每个周期，电机交替运行在电动和发电状态。而当运行在发电状态时，其能量会回馈到变频器的直流侧。通过现场测量，直流过压可高达900多伏，此时变频器发出直流过压及过流报警、以致停机或毁坏变频器。这种情况曾在某电厂出现过。现在一般设计时，需要在变频器直流侧增加直流辗波器、制动电阻或加大变频器容量，并设计“防止失速”功能，以及进行转矩补偿和转差补偿功能。

　　由于加药泵的容量、泵电机容量较小，电机容量为0.4kW以下，根据变频器直接连接在大容量电源变压器上时，由于会有尖峰电流流过变频器而可能引致变频器损坏，需要在变频器输入回路加装AC电抗器。

　　5 化水自动加药变频调速项目实施建议

　　(1) 根据实际需要，选择变频调速方案。

　　(2) 自动加药变频器的应用，需要注意:谐波成分引起的线缆集肤电阻、泵系统共振、电机绝缘、高低压隔离、控制信号传递以及往复式泵特殊性等问题。

　　(3) 积极利用变频器集成的网络技术，尽量减少电缆。

　　(4) 自动加药泵利于变频调速技术将极大地改变化水生产的面貌。大力推广变频调速技术将加快化水生产现代化的发展，有利于化水生产管理上一个台阶。