高壓變頻器一種新型備用投切技術(shù)在紙業(yè)廠的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2020-04-14 作者：新風(fēng)光
1前言
東莞市上隆紙業(yè)有限公司成立于2007年，位于廣東省東莞市中堂鎮(zhèn)潢涌工業(yè)園、廣東省中堂北海仔造紙產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)。傍依東江，北接廣州，南壤深圳，毗鄰港澳，廣園、廣深、107國(guó)道三條經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈與黃浦、新沙港、虎門(mén)碼頭及廣深鐵路中轉(zhuǎn)站構(gòu)成縱橫交錯(cuò)、四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)，為公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供了得天獨(dú)厚的水陸地理?xiàng)l件。
公司一期工程投資了5億元，裝備了一臺(tái)130噸循環(huán)硫化床鍋爐和18000kW汽輪發(fā)電機(jī)組，二條4800cm，600m/min的高速抄紙機(jī)及大型水力碎漿機(jī)、高濃碎漿機(jī)、熱分散設(shè)備、大直徑盤(pán)磨機(jī)、多壓力成型器等。主要產(chǎn)品有高強(qiáng)瓦楞原紙、掛面箱板紙、仿牛皮卡紙。
2008年，在自備電站建設(shè)時(shí)引進(jìn)了新風(fēng)光電子公司的710kW/10kV和560kW/10kV兩臺(tái)高壓變頻器，分別用在1#和2#的引風(fēng)機(jī)上。投運(yùn)后，設(shè)備一直比較運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。
近年，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境酸性比較強(qiáng)，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，方便對(duì)高壓變頻器進(jìn)行維護(hù)檢修，用戶準(zhǔn)備增加一臺(tái)備用變頻器。新風(fēng)光電子科技股份有限公司采用第六代高壓變頻器為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了一種新型備用投切應(yīng)用。
2 火力發(fā)電工藝介紹
2.1自備電廠生產(chǎn)過(guò)程
發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程概括起來(lái)是：先把煤磨成很細(xì)的煤粉，再借助熱風(fēng)送入鍋爐內(nèi)充分燃燒，使儲(chǔ)存于燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；鍋爐內(nèi)的水吸熱后在一定壓力下變?yōu)轱柡驼羝柡驼羝谶^(guò)熱器內(nèi)繼續(xù)加熱成過(guò)熱蒸汽，沿新汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)，在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)，將蒸汽內(nèi)能轉(zhuǎn)換成汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)由勵(lì)磁電流形成的磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn)，使定子線圈所交鏈的磁通發(fā)生周期性的變化，在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，發(fā)出電能，供給廠區(qū)用電設(shè)備。
圖1
發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程框圖
2.2自備電廠生產(chǎn)工藝流程
電廠主要設(shè)備：鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。
電廠主要組成：風(fēng)系統(tǒng)、燃料輸送系統(tǒng)、給水蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。鍋爐是一個(gè)換熱器，主要由爐膛、水冷壁、過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器組成。
圖2
電廠生產(chǎn)工藝流程
圖3
自備電廠現(xiàn)場(chǎng)圖
電廠排煙系統(tǒng)：提供鍋爐燃燒的氧氣，帶動(dòng)干燥的燃料進(jìn)入爐膛，維持爐膛穩(wěn)定風(fēng)壓以穩(wěn)定燃燒。
一次風(fēng)機(jī)：將干燥燃料送入爐膛。
二次風(fēng)機(jī)：克服空氣預(yù)熱器、風(fēng)道及燃燒器阻力，輸送燃燒風(fēng)，維持燃料充分燃燒。
引風(fēng)機(jī)：將煙氣排除，維持爐膛壓力，形成流動(dòng)煙氣。
3新風(fēng)光備用變頻器改造設(shè)計(jì)
3.1主回路結(jié)構(gòu)
圖4
變頻器改造主回路圖
3.2邏輯控制介紹
1#和2#是原來(lái)兩套變頻器系統(tǒng)，3#是新上備用變頻器。正常情況下KM3，KM8吸合，1#和2#變頻器分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)。假如1#變頻器出現(xiàn)故障，KM3交流接觸器斷開(kāi)，KM5吸合。3#變頻器以飛車(chē)啟動(dòng)模式把電機(jī)帶起來(lái)，不影響生產(chǎn)。假如2#變頻器出現(xiàn)故障，KM8交流接觸器斷開(kāi)，KM6吸合，3#變頻器以飛車(chē)啟動(dòng)模式把電機(jī)帶起來(lái)。把故障變頻器維修好后，給3#備用變頻器切換信號(hào)，3#變頻器輸出交流接觸器KM5或KM6斷開(kāi)，原來(lái)對(duì)應(yīng)的接觸器吸合，維修后的變頻器以飛車(chē)形式啟動(dòng)。同樣，如果開(kāi)始投入的是2#和3#變頻器，其中的一臺(tái)出現(xiàn)故障，也可以切換到1#變頻器上。實(shí)現(xiàn)了1#，2#、3#三臺(tái)變頻器之間的任意切換。
（1）刀閘狀態(tài)錯(cuò)誤報(bào)警
開(kāi)機(jī)狀態(tài)下K1斷開(kāi)報(bào)警。
開(kāi)機(jī)狀態(tài)下K2斷開(kāi)報(bào)警。
（2）接觸器邏輯錯(cuò)誤
所有接觸器該合未合或該斷未斷報(bào)接觸器故障。
KM5或KM6邏輯錯(cuò)誤作為重故障處理：封波，停機(jī)，聯(lián)跳高壓。
刀閘錯(cuò)誤狀態(tài)和接觸器邏輯錯(cuò)誤狀態(tài)使用Modbus
Address 18 VW314，具體見(jiàn)表1所示。
（3）開(kāi)機(jī)刀閘條件2
開(kāi)機(jī)刀閘條件2滿足的條件為：K1閉合，K2閉合，KM5或KM6有且只有一個(gè)吸合，有高壓就緒。
（4）高壓允許刀閘條件
高壓允許刀閘條件1滿足的條件：K1閉合，K2閉合。高壓允許刀閘條件2始終不滿足。
（5）聯(lián)跳高壓刀閘條件
聯(lián)跳高壓刀閘條件滿足的條件：無(wú)接觸器邏輯錯(cuò)誤，K1閉合，K2閉合
（6）KM3控制邏輯
KM3的邏輯控制如圖5所示
圖5
KM3的邏輯控制
（7）KM4的控制邏輯
KM4的合斷邏輯與KM3類(lèi)似，只是吸合條件判斷變?yōu)榕袛郖M3是否吸合。
（8）KM5的控制邏輯
KM5的合斷邏輯除必須先滿足FGI變頻器滿足無(wú)故障，無(wú)急停狀態(tài)，K1閉合，K2閉合，有高壓就緒的條件下，還要滿足與KM3類(lèi)似的互鎖條件。
（9）KM6的控制邏輯
KM6的控制邏輯與KM5類(lèi)似。
（10）KM7的控制邏輯
KM7的控制邏輯與KM3類(lèi)似，條件與KM3的條件如同鏡像。
（11）KM8的控制邏輯
KM8的控制邏輯與KM7類(lèi)似，只是吸合條件判斷變?yōu)榕袛郖M7是否吸合。
經(jīng)過(guò)此種邏輯控制，實(shí)現(xiàn)了3#變頻器與其他兩臺(tái)變頻器的切換邏輯功能。
4新風(fēng)光第六代高壓變頻技術(shù)優(yōu)勢(shì)
具體來(lái)說(shuō)，風(fēng)光第六代高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：
(1)采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。
(2)矢量控制技術(shù)，通過(guò)測(cè)量和控制交流電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng)。
(3)快速飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。在變頻器受到負(fù)載沖擊保護(hù)后可對(duì)其自動(dòng)復(fù)位，然后再自動(dòng)啟動(dòng)，即可避免重要場(chǎng)合（如水泥廠高溫風(fēng)機(jī)）變頻保護(hù)停機(jī)造成的損失?？焖亠w車(chē)啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài)復(fù)位重新帶載運(yùn)行。
(4)工頻/變頻無(wú)擾切換技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
(5)電網(wǎng)瞬時(shí)掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動(dòng)重啟，可提供最長(zhǎng)60s的等待時(shí)間。
(6)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出較大且不相等的前提下保證較大的線電壓均衡輸出。
(7)振蕩抑制技術(shù)，電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，電流的振蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)流或過(guò)壓而觸發(fā)保護(hù)。新風(fēng)光公司采用優(yōu)越的電流算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。
(8)多機(jī)主從控制技術(shù)，變頻器具備主從控制功能，多臺(tái)變頻器之間可通過(guò)數(shù)據(jù)總線組成主從控制網(wǎng)絡(luò)。將其中的一臺(tái)設(shè)為主機(jī)，其他設(shè)為從機(jī)，主機(jī)實(shí)時(shí)采集各從機(jī)的狀態(tài)信息，同時(shí)發(fā)送給各從機(jī)頻率、轉(zhuǎn)矩指令，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術(shù)適用于皮帶機(jī)、摩擦式提升機(jī)等需要功率平衡控制的場(chǎng)合。
(9)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單元母線電壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓功能。避免電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響。
(10)故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障，且變頻器對(duì)其旁路繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)可在運(yùn)行中對(duì)故障單元進(jìn)行復(fù)位，不必等變頻器停機(jī)。
（11）單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。
（12）具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。
（13）限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過(guò)設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
（14）多種控制方式，可選擇本機(jī)控制、遠(yuǎn)控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設(shè)定可以現(xiàn)場(chǎng)給定、通訊給定等支持頻率預(yù)設(shè)、加減速功能。
5結(jié)束語(yǔ)
在經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試后證明，新風(fēng)光電子此種備用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，滿足了現(xiàn)場(chǎng)工藝要求。為我們?cè)谄渌F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行類(lèi)似改造時(shí)提供了一種可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
