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科普知識
數(shù)據(jù)分類:
變頻器

日立變頻器應(yīng)用實(shí)踐

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:86 品牌:日立_Hitachi

【摘要】
介紹了日立J300系列變頻器應(yīng)用效果和利用變頻器的“自動電壓調(diào)整”、“瞬時電源故障重啟動”、“模糊最佳加減速”功能來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可靠運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】
變頻器 節(jié)電 可靠性 自動電壓調(diào)整 重啟動

1 引言
變頻調(diào)速技術(shù)是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式,在我國許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。我公司熱電廠是一個裝機(jī)容量為27MW(6×2+15×1)的小型熱電廠,自從1997年6月開始,先后引進(jìn)11臺日立J300變頻器,用于鍋爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵和汽輪機(jī)的循環(huán)水泵,獲得成功,使年平均廠用電率下降1.5%,按年發(fā)電量1億kWh計(jì)算,年可節(jié)電150萬kWh,按0.70元/kWh計(jì)算,年節(jié)約105萬元,一年內(nèi)即可收回變頻器的全部投資。
“變頻節(jié)能”已被廣大熱電廠所接受,但是在應(yīng)用過程中,也遇到了一些問題:例如系統(tǒng)電壓的波動會引起變頻器的跳閘;工作母線故障,BZT(備用電源自投)裝置動作后,變頻器如何重新啟動;總之,能否保證設(shè)備的可靠運(yùn)行,是推廣變頻節(jié)能技術(shù)的先決條件。

2 應(yīng)用實(shí)例
我廠3#汽輪發(fā)電機(jī)組是南京汽輪電機(jī)廠制造,型號為CN15-3.43/0.981-1 QF-15-2,其循環(huán)水系統(tǒng)采用了3臺200kW循環(huán)水泵,系獨(dú)立的閉式循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)汽輪機(jī)冷卻循環(huán)倍率的要求,最多時2開1備,一般為1開2備,泵出口配以電動蝶閥,為全開全關(guān)操作,因此只要泵一開,電動機(jī)即為滿負(fù)荷。經(jīng)實(shí)測,電動機(jī)功率均達(dá)200kW。我們將一臺日立J300-2200 HF5變頻器用于循環(huán)水系統(tǒng),節(jié)點(diǎn)效果明顯,平均節(jié)電達(dá)45%以上。在解決設(shè)備可靠性問題上,我們應(yīng)用了日立變頻器所特有的“自動電壓調(diào)整功能”(AVR功能)、“瞬時電源故障設(shè)備重啟動功能”和“模糊最佳加減速功能”,確保了主機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 設(shè)備可靠性試驗(yàn)
循環(huán)水泵是汽輪機(jī)的重要輔機(jī),能否正常運(yùn)行將直接影響汽輪機(jī)的運(yùn)行,如果循環(huán)水泵因故停運(yùn),汽機(jī)循環(huán)冷卻水會中斷,凝汽器真空會驟然下降,當(dāng)真空度降至-0.06Mpa時,汽輪機(jī)就會因“低真空保護(hù)”動作而跳機(jī),因此必須解決好可靠性的問題。

3.1 系統(tǒng)電壓波動發(fā)生時的對策
在機(jī)組運(yùn)行過程中,由于受外來因素的影響,如雷電沖擊、系統(tǒng)饋線短路故障、大電機(jī)直接啟動等等,均可引起用電母線的電壓波動,有時瞬時電壓可下跌至額定電壓的30%以下,但電壓回升也較快,一般均在1s內(nèi),有的只有幾個周波的時間。
對于不是很大的電壓波動,我們可采用變頻器的自動電壓調(diào)整功能。當(dāng)電源電壓下降時,由于有AVR功能,不會引起變頻器跳閘,使電動機(jī)正常運(yùn)行。
根據(jù)電力拖動原理,電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與變頻器輸出電壓和頻率的關(guān)系為:
M ∝ (V/f)2
式中:M——電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,Nm;
V——變頻器的輸出電壓,V;
F——變頻器的輸出頻率,Hz。
變頻器設(shè)置AVR功能后,當(dāng)外部電壓突然下降時,機(jī)內(nèi)CPU會根據(jù)測得的電壓下降信息,發(fā)出頻率跟蹤信息,從而使V/f維持不變,即變頻器維持原有轉(zhuǎn)矩,保持轉(zhuǎn)矩平衡,進(jìn)而避免變頻器跳閘。實(shí)際應(yīng)用中,凡設(shè)置了AVR功能的變頻器,從未發(fā)生因電源波動而引起的跳閘。

3.2 瞬時電源故障發(fā)生時的對策
當(dāng)外部電源瞬時發(fā)生故障,如工作電源中斷,或電壓低于變頻器無法維持正常工作時,僅利用變頻器的AVR功能已很難滿足要求了,因?yàn)橹灰娫粗袛啵冾l器是肯定要跳閘的,這也是變頻器本身保護(hù)功能所決定的。因此當(dāng)電源恢復(fù)后,如何使變頻器盡快恢復(fù)正常運(yùn)行,是迫切的課題。
日立變頻器具有瞬時電源故障重啟動的功能(A34功能),對于欠壓,可重啟動16次。它還可以多種選擇:①跳閘后輸出報(bào)警信號,不作自啟動;②在重起動時間減速停止;③0Hz重啟動;④頻率協(xié)調(diào)啟動。顯然我們應(yīng)選用第④項(xiàng)中方式。

  當(dāng)發(fā)生故障時,電源中斷時間為t0,變頻器跳閘,輸出停止,但此時變頻器內(nèi)由于電容器的作用,控制電源將維持一段時間t1。在t1時間內(nèi),機(jī)內(nèi)CPU仍正常工作,電動機(jī)因變頻器輸出切斷而進(jìn)入自由滑行狀態(tài)。對于沒有機(jī)械制動的電動機(jī),其轉(zhuǎn)速會緩慢下降。此時如果電源恢復(fù)正常,機(jī)內(nèi)CPU會依據(jù)所測電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速,計(jì)算出頻率匹配點(diǎn)(圖中Q點(diǎn)),并發(fā)出相應(yīng)的匹配頻率指令,經(jīng)延時t3(瞬時電源故障恢復(fù)后等待時間),使變頻器和電動機(jī)頻率協(xié)調(diào)后重啟動。
上述t0、t1是由外部條件或變頻器本身特性所決定的,不能作設(shè)定和調(diào)整,t2、t3需人為設(shè)定,要求t2 > t0。如果t2 > t0,變頻器就不能實(shí)現(xiàn)頻率協(xié)調(diào)重啟動,只能是0Hz重啟動了.
實(shí)踐中,我們設(shè)定t2=2s,t3=0.3s,可以滿足要求。我們利用廠用電備用電源自投作為模擬瞬時電源故障,運(yùn)行了循環(huán)水泵變頻器重啟動試驗(yàn)。
首次試驗(yàn),運(yùn)行頻率41Hz,瞬時電源故障后,變頻器重啟動成功,Q點(diǎn)為17Hz,但由于變頻器設(shè)定加速時間為30s,自17Hz上升至運(yùn)行工況時間(t4)較長,出現(xiàn)了循環(huán)水泵出水中斷。為滿足運(yùn)行要求,必須縮短加速時間。但加速時間太短會引起變頻器過流跳閘,太長了,又滿足不了運(yùn)行要求。
針對這個問題,我們又采用了變頻器的A59-2功能,即“模糊最佳加減速控制”模式。
所謂模糊最佳加減速功能,就是應(yīng)用模糊控制理論,機(jī)內(nèi)CPU隨時測出變頻器輸出電流,并發(fā)出上升頻率的指令,以確保變頻器不因?yàn)檫^流而跳閘,又以最快的速度上升頻率。這樣,變頻器加(減)速時間不是原先設(shè)定的數(shù)值,而是依據(jù)CPU所測得電動機(jī)負(fù)載和制動要求確定,并自動計(jì)算最佳加減速速度,充分利用變頻器的容量,以最快的速度達(dá)到需要的運(yùn)行工況。
經(jīng)過實(shí)踐,循環(huán)水泵出水沒有中斷,頻率從下降到上升至運(yùn)行頻率均在2s內(nèi)完成。我們在汽輪機(jī)不同負(fù)荷情況下試驗(yàn),效果良好(表1)。

表1 模糊最佳加減速模式下變頻重啟動試驗(yàn)記錄



根據(jù)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時,發(fā)生電源瞬時故障,變頻器重啟動成功,汽輪機(jī)凝汽器真空僅下跌0.007MPa,不會引起因低真空保護(hù)的動作而跳機(jī)。

4 結(jié)論
(1)由于采用了日立J300變頻器所具有的“自動電壓調(diào)整”、“瞬時電源故障設(shè)備
重啟動”、“模糊最佳加減速”等功能,確保了電源出現(xiàn)電壓波動或瞬時失電情況下,變頻器仍能正常運(yùn)行或迅速恢復(fù)正常運(yùn)行,從而確保主機(jī)詩歌被的正常運(yùn)行;
(2)我廠鍋爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵應(yīng)用此技術(shù),1年多來未發(fā)生跳閘而重啟動失敗;
(3)由于采用變頻技術(shù),電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動,不存在啟動電流沖擊,同時對泵或風(fēng)機(jī)、管道、閥門等機(jī)械設(shè)備的沖擊大大減小,從而延長了電機(jī)和其他設(shè)備的使用壽命。

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