【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。
