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(dòng)電壓調(diào)整”、“瞬時(shí)電源故障重啟動(dòng)”、“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(dòng)電壓調(diào)整 重啟動(dòng) 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(guó)許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。我公司熱電廠是一個(gè)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(tái)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(dòng)會(huì)引起變頻器的跳閘；工作母線故障，BZT（備用電源自投）裝置動(dòng)作后，變頻器如何重新啟動(dòng)；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(hào)為CN15-3.43/0.981-1 QF-15-2，其循環(huán)水系統(tǒng)采用了3臺(tái)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(shí)2開1備，一般為1開2備，泵出口配以電動(dòng)蝶閥，為全開全關(guān)操作，因此只要泵一開，電動(dòng)機(jī)即為滿負(fù)荷。經(jīng)實(shí)測(cè)，電動(dòng)機(jī)功率均達(dá)200kW。我們將一臺(tái)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(dòng)電壓調(diào)整功能”（AVR功能）、“瞬時(shí)電源故障設(shè)備重啟動(dòng)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(huì)中斷，凝汽器真空會(huì)驟然下降，當(dāng)真空度降至-0.06Mpa時(shí)，汽輪機(jī)就會(huì)因“低真空保護(hù)”動(dòng)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(dòng)發(fā)生時(shí)的對(duì)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(dòng)等等，均可引起用電母線的電壓波動(dòng)，有時(shí)瞬時(shí)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(gè)周波的時(shí)間。 對(duì)于不是很大的電壓波動(dòng)，我們可采用變頻器的自動(dòng)電壓調(diào)整功能。當(dāng)電源電壓下降時(shí)，由于有AVR功能，不會(huì)引起變頻器跳閘，使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 根據(jù)電力拖動(dòng)原理，電動(dòng)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(dòng)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(shí)，機(jī)內(nèi)CPU會(huì)根據(jù)測(cè)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(dòng)而引起的跳閘。 3.2 瞬時(shí)電源故障發(fā)生時(shí)的對(duì)策 當(dāng)外部電源瞬時(shí)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(shí)，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?，變頻器是肯定要跳閘的，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(shí)電源故障重啟動(dòng)的功能（A34功能），對(duì)于欠壓，可重啟動(dòng)16次。它還可以多種選擇：①跳閘后輸出報(bào)警信號(hào)，不作自啟動(dòng)；②在重起動(dòng)時(shí)間減速停止；③0Hz重啟動(dòng)；④頻率協(xié)調(diào)啟動(dòng)。顯然我們應(yīng)選用第④項(xiàng)中方式，該方式的過渡過程如圖1所示： 當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，電源中斷時(shí)間為t0，變頻器跳閘，輸出停止，但此時(shí)變頻器內(nèi)由于電容器的作用，控制電源將維持一段時(shí)間t1。在t1時(shí)間內(nèi)，機(jī)內(nèi)CPU仍正常工作，電動(dòng)機(jī)因變頻器輸出切斷而進(jìn)入自由滑行狀態(tài)。對(duì)于沒有機(jī)械制動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速會(huì)緩慢下降。此時(shí)如果電源恢復(fù)正常，機(jī)內(nèi)CPU會(huì)依據(jù)所測(cè)電動(dòng)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(shí)t3（瞬時(shí)電源故障恢復(fù)后等待時(shí)間），使變頻器和電動(dòng)機(jī)頻率協(xié)調(diào)后重啟動(dòng)。 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(dòng)，只能是0Hz重啟動(dòng)了. 實(shí)踐中，我們?cè)O(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(shí)電源故障，運(yùn)行了循環(huán)水泵變頻器重啟動(dòng)試驗(yàn)。 首次試驗(yàn)，運(yùn)行頻率41Hz，瞬時(shí)電源故障后，變頻器重啟動(dòng)成功，Q點(diǎn)為17Hz，但由于變頻器設(shè)定加速時(shí)間為30s，自17Hz上升至運(yùn)行工況時(shí)間（t4）較長(zhǎng)，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(shí)間。但加速時(shí)間太短會(huì)引起變頻器過流跳閘，太長(zhǎng)了，又滿足不了運(yùn)行要求。 針對(duì)這個(gè)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(shí)測(cè)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(shí)間不是原先設(shè)定的數(shù)值，而是依據(jù)CPU所測(cè)得電動(dòng)機(jī)負(fù)載和制動(dòng)要求確定，并自動(dòng)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?cè)谄啓C(jī)不同負(fù)荷情況下試驗(yàn)，效果良好（表1）。 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(shí)，發(fā)生電源瞬時(shí)故障，變頻器重啟動(dòng)成功，汽輪機(jī)凝汽器真空僅下跌0.007MPa，不會(huì)引起因低真空保護(hù)的動(dòng)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(dòng)電壓調(diào)整”、“瞬時(shí)電源故障設(shè)備重啟動(dòng)”、“模糊最佳加減速”等功能，確保了電源出現(xiàn)電壓波動(dòng)或瞬時(shí)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(dòng)失??； （3）由于采用變頻技術(shù)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，不存在啟動(dòng)電流沖擊，同時(shí)對(duì)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(zhǎng)了電機(jī)和其他設(shè)備的使用壽命。