摘要:文章闡述了在西門子分散控制系統(tǒng)TELEPERM ME的系統(tǒng)中對原有引風(fēng)邏輯修改并增加新的變頻控制方案設(shè)計，并簡述了該改造在陽光發(fā)電廠的應(yīng)用水平，提出了該控制設(shè)計的優(yōu)缺點以及改造建議。
關(guān)鍵詞:爐膛壓力 變頻技術(shù) 分散控制系統(tǒng)
變頻調(diào)速裝置可優(yōu)化電動機的運行狀態(tài)，大幅提高其運行效率，達(dá)到節(jié)能目的。過去受價格、可靠性及容量等因素限制，在我國風(fēng)機市場上一直未能得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著電子器件和控制技術(shù)的迅速發(fā)展,高壓變頻器的價格不斷下降,可靠性不斷增強，且模塊化的設(shè)計使其容量幾乎不受限制，相應(yīng)地高壓大容量變頻器也被逐步大量應(yīng)用。
山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司1#爐技術(shù)改造在2臺引風(fēng)機電機上分別加裝1套北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的2000kW/6kV高壓變頻裝置。控制器由高速單片機、工控PC和PLC共同構(gòu)成。單片機實現(xiàn)PWM控制。工控PC提供友好的全中文WINDOWS監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC則用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該高壓變頻器使用西門子的PLC中的S7-200，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力。根據(jù)引風(fēng)機的運行特性要求以及高壓變頻器控制的具體要求，確定采用如下DCS系統(tǒng)與變頻調(diào)速系統(tǒng)的接口及控制方案。
1．DCS系統(tǒng)與高壓變頻器的接口方案設(shè)計
DCS系統(tǒng)與高壓變頻器之間的信號總共有22個，其中開關(guān)量信號18個，模擬量信號有4個。每臺引風(fēng)機高壓變頻器開關(guān)量信號包括：①待機狀態(tài)；②運行狀態(tài)；③停止?fàn)顟B(tài)；④輕故障報警；⑤重故障報警；⑥高壓合閘允許；⑦單元旁路狀態(tài)；⑧啟動命令；⑨停止命令。每臺引風(fēng)機高壓變頻器模擬量信號包括：轉(zhuǎn)速控制命令和轉(zhuǎn)速反饋信號。
通過對上述信號在DCS系統(tǒng)中的定義邏輯組態(tài)實現(xiàn)變頻控制方案。
2．DCS控制中增加以下內(nèi)容
為實現(xiàn)對變頻引風(fēng)機的啟�？刂萍稗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS顯示和控制中增加：
（1）通過DCS系統(tǒng)實現(xiàn)高壓變頻器啟停操作用于遠(yuǎn)方啟停高壓變頻器。
�。�2）DCS控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)引風(fēng)變頻的手自動控制。
�。�3）在DCS系統(tǒng)的顯示報警中增加高壓變頻器輕故障報警塊、重故障報警塊、工頻旁路狀態(tài)。
3．運行方式及控制邏輯的說明
3．1引風(fēng)機高壓變頻器的運行方式
正常情況下，引風(fēng)機以變頻方式啟動，考慮到高壓變頻器有可能故障，還具備1臺變頻、1臺工頻運行方式和2臺工頻運行方式。
高壓變頻器運行方式分為就地及遠(yuǎn)方控制2種。就地控制狀態(tài)時，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋，此時，對高壓變頻器的遠(yuǎn)方操作無效。
高壓變頻器受DCS控制時分自動和手動2種方式。手動狀態(tài)時，運行人員通過改變畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)負(fù)壓的調(diào)節(jié)。
3．2引風(fēng)機高壓變頻器啟動的允許條件
啟動必須具備以下3個條件：①引風(fēng)機A、B的高壓部分已啟動完成；②引風(fēng)機A、B的高壓變頻器就地從其PLC送來的啟動就緒開關(guān)投入。③引風(fēng)機A、B的高壓變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的輸出小于30％。
由于高壓變頻器啟動的前提為引風(fēng)機電機高壓開關(guān)必須合閘及啟動反饋為1，而原有引風(fēng)機啟動的條件繼續(xù)在整個邏輯中起作用，即原有的風(fēng)機啟動條件保留下來作為引風(fēng)機高壓變頻器啟動的允許條件。另外考慮到高壓變頻器就地的實際條件，加入了高壓變頻器就地送來的就緒信號和A/B引風(fēng)機變頻就緒作為啟動的另一條件。
在高壓變頻器遠(yuǎn)方啟動的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)：由于高壓變頻器轉(zhuǎn)速設(shè)定塊中的命令可能在1個較高的轉(zhuǎn)速位，而這時啟動高壓變頻器必然會對爐膛負(fù)壓有1個較大擾動，而且容易造成運行誤操作，所以在啟動中加入了命令必須＜30％的限制。
3．3引風(fēng)機高壓變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)整的自動調(diào)節(jié)
（1）A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速自動的開關(guān)量部分
當(dāng)引風(fēng)機靜葉投入自動時，將會閉鎖A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速投自動。另外當(dāng)偏差回路中形成值超過一定值(暫定為50％)時，將自動切除高壓變頻器自動。爐膛負(fù)壓信號發(fā)生故障時，則發(fā)傳感器故障信號，高壓變頻器退出自動。當(dāng)爐膛負(fù)壓低一值觸發(fā)時，延時3s后閉鎖轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)爐膛負(fù)壓高一值觸發(fā)時，延時3s后閉鎖轉(zhuǎn)速減少。
（2）A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速自動的模擬量
由于變頻調(diào)節(jié)對象與引風(fēng)機靜葉調(diào)節(jié)對象一樣，所以將原有的偏差形成回路直接引出作為現(xiàn)有的變頻調(diào)節(jié)的偏差作用于現(xiàn)有的引風(fēng)變頻控制。并就變頻的特點加入了結(jié)合轉(zhuǎn)速的平衡回路，將兩側(cè)的出力保持平衡。同時也獨立的加入其單雙風(fēng)機變頻方式的增益回路，由于原有的偏差形成回路中包含了總風(fēng)量的前饋部分，所以在新的變頻轉(zhuǎn)速回路中就不再增加，考慮到一旦發(fā)生單臺引風(fēng)變頻跳閘，又不能恢復(fù)變頻方式運行，將原有的擋板控制回路中的電流平衡回路改為位置反饋平衡回路，同時將另1臺引風(fēng)變頻逐步加到最大后，投入引風(fēng)自動。
3．4引風(fēng)機變頻涉及的相關(guān)跳閘保護
�。�1）單側(cè)風(fēng)機的變頻跳閘聯(lián)跳相應(yīng)一側(cè)的送風(fēng)機，并聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。
（2）雙側(cè)風(fēng)機的變頻跳閘后，由于相應(yīng)的A風(fēng)機和B風(fēng)機的高壓開關(guān)聯(lián)跳，故保留原鍋爐主保護PLC控制器中的MFT跳閘回路不變。
�。�3）原有的引風(fēng)機跳閘回路中增加了高壓變頻器重故障聯(lián)跳引風(fēng)機功能，從而保證在變頻方式下變頻跳閘聯(lián)跳引風(fēng)機，工頻方式下該條件被閉鎖。
引風(fēng)機變頻控制的流程如圖1所示。
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| 圖1：引風(fēng)變頻控制流程圖 |
4．引風(fēng)變頻自動參數(shù)整定試驗及相關(guān)調(diào)試
�。�1）啟動A、B引風(fēng)機和高壓變頻器，將原2臺引風(fēng)機擋板的靜葉調(diào)至100％，將爐膛負(fù)壓設(shè)為-50Pa；
�。�2）啟動A、B送風(fēng)機后，將其動葉(送風(fēng)機擋板)開至10％，將A、B引風(fēng)機變頻置于最低轉(zhuǎn)速225 r/min，同時將引風(fēng)變頻投入自動，然后進(jìn)行定值擾動試驗，將爐膛負(fù)壓設(shè)定值改變20％，對變頻自動變化情況進(jìn)行記錄；
�。�3）針對壓力調(diào)節(jié)的特性，先將積分時間放到較大的4min，比例系數(shù)放到0.3，然后逐步改變比例系數(shù)，用臨界比例帶法，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。出現(xiàn)調(diào)節(jié)的等幅震蕩后根據(jù)臨界比例帶的算法，先進(jìn)行初設(shè)，有1個基本的參數(shù)。P=0.025，Ti=100s；
�。�4）將A、B送風(fēng)機動葉的開度按每10％的開度上行程試驗，觀察爐膛負(fù)壓的變化情況，記錄偏差大小以及偏差消除時間，完成后進(jìn)行下行程試驗，用A/B送風(fēng)機的動葉進(jìn)行擾動試驗；
�。�5）改變其中1個的開度為30％，觀察引風(fēng)變頻的轉(zhuǎn)速變化情況及負(fù)壓的響應(yīng)時間，再進(jìn)行送風(fēng)機的動葉擾動試驗，每10％的開度上行程試驗，觀察爐膛負(fù)壓的變化，記錄偏差大小和偏差消除時間，及高壓變頻器的命令輸出和轉(zhuǎn)速的實際值，完成后進(jìn)行下行程試驗，核定單雙風(fēng)機運行的比例增益；
�。�6）模擬MFT動作條件，在送風(fēng)機動葉A、B的開度在50％的情況下，觀察爐膛負(fù)壓的變化，以及滅火后引風(fēng)超弛環(huán)節(jié)的動作情況，進(jìn)行完自動試驗后，在引風(fēng)變頻投入自動的情況下，將有關(guān)引風(fēng)變頻的聯(lián)鎖進(jìn)行1次實際動作試驗；
（7）在試驗過程中，還需觀察將送風(fēng)機單側(cè)拉掉，仿真運行中單側(cè)送風(fēng)機掉閘后，變頻自動是否能夠?qū)⒇?fù)壓控制到滿意的范圍；
�。�8）鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置可靠，可一旦出現(xiàn)問題，必須確保鍋爐安全運行，所以必須實現(xiàn)工頻—變頻運行的切換。若1臺引風(fēng)變頻故障，無法在短時間內(nèi)恢復(fù)，需要引風(fēng)自動控制由原先的靜葉來調(diào)整。為此，須試驗停1臺引風(fēng)變頻，開大另1臺引風(fēng)變頻，并將原引風(fēng)自動(靜葉)投入進(jìn)行相應(yīng)的擾動，通過試驗，對其中的一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改。
根據(jù)上述調(diào)試，將引風(fēng)變頻的PID參數(shù)逐步優(yōu)化，在變頻方式下負(fù)壓調(diào)整平穩(wěn)可靠，調(diào)節(jié)品質(zhì)也有了明顯提高，同時原有的靜葉擋板調(diào)節(jié)在1臺工頻、1臺變頻的條件下，原有的靜葉調(diào)整PID參數(shù)也進(jìn)行了相應(yīng)的修改，當(dāng)1臺變頻故障切回工頻工作時，依然能夠由原有的靜葉擋板自動控制負(fù)壓，這樣為提高運行的安全性提供了備用空間。
5．實現(xiàn)引風(fēng)變頻調(diào)速后的效果
�。�1）風(fēng)機變頻改造后，電機實現(xiàn)了軟啟動，峰值電流和峰值時間大為減少，消除了對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過電壓而損傷電機絕緣，延長了電動機和風(fēng)機的使用壽命。
�。�2）采用變頻調(diào)節(jié)，實現(xiàn)擋板全開，減少了擋板節(jié)流損失，且能均勻調(diào)速，滿足調(diào)峰需要，能夠節(jié)約大量的電能。
�。�3）低負(fù)荷下轉(zhuǎn)速降低，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風(fēng)機大修周期，從而節(jié)省了大量的檢修費用。
�。�4）具有控制精度高、抗干擾能力強、諧波含量小的特點，且有完善的保護功能，可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速平穩(wěn)啟動，有利于電動機和風(fēng)機的安全運行。
6.結(jié)束語
（1）現(xiàn)場引風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)和靜葉擋板調(diào)節(jié)2種不同運行方式的對比試驗表明：引風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)運行方式能滿足機組出力要求，性能穩(wěn)定可靠，自動調(diào)節(jié)品質(zhì)有了較大改善，尤其是在響應(yīng)速度上特別明顯，另外基本消除以前使用擋板節(jié)流時執(zhí)行器固有的死區(qū)大的毛病。
（2）在機組不同負(fù)荷下，入口擋板調(diào)節(jié)方式的運行效率只有55％左右，而引風(fēng)機采用變頻調(diào)節(jié)運行方式的運行效率基本在75％-80％，運行效率大大提高。
（3）使用變頻調(diào)速技術(shù)，由于變速調(diào)節(jié)沒有了風(fēng)門擋板，節(jié)約了損耗在風(fēng)門擋板上的能量，有效地解決了風(fēng)機由于調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的大量損耗，以其優(yōu)異的調(diào)整性能和顯著的節(jié)電效果，使風(fēng)機處于較經(jīng)濟的狀態(tài)下運行。
參考文獻(xiàn)：
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