变频器在我厂锅炉给粉给煤调速系统改造中的功用

于征

电磁滑差调速和变频器调速的性能比较

2007年7月我们采用ABB变频器调速，来取代原先的电磁滑差调速方式。由于现场省去了滑差部分，只安装了交流异步电动机，既防粉尘，又耐高温；而且电气主电路以及控制回路简单可靠、现场设备也少，能实现免维护。此外，该调速系统正反转功能给运行操作带来了极大方便，过去由于煤潮湿结块等原因，给粉机有时发生堵转，给锅炉运行带来许多麻烦，现在只需运行人员按正、反转按钮即可排除堵转故障，大大减轻了劳动强度，减少了故障停车时间。运行中我们感到ABB变频器调节线性度好、范围宽、设备易维护，比滑差调速能节能20%以上。

锅炉给粉、给煤变频调速的工作原理

根据公式：电机转速n=(1-s)60f/p,要改变转速n可以通过改变电机定子频率f，磁极对数p及转差s来实现。电磁滑差调速属于转差率调速，从结构、能耗、调节线性及可靠性方面都不如变频调速。变频调速是属于转差率不变，通过改变频率而不改电机内部其他参数的情况下来改变转速，电机机械特性特征基本保持不变。从公式中可以看出均匀地改变电动机定子供电频率，就可以平滑地改变电机的同步转速。变频器调节锅炉给粉、给煤时，采用恒转矩输出特性，即改变频率时维持电机磁通恒定，因此在电动机调速过程中变频器输出到电机定子电压U和频率f为线性关系，即U/f为一定值。

ABB变频器调速系统组成

锅炉给粉、给煤变频调速系统有变频调速柜、数显转速表、电流表、调速电位器、启停小开关及现场的给粉、给煤机电机等组成。单台给粉、给煤机的启停及调速，只需操作台上的弱电小开关及调速电位器，所以在主电路中免去了交流接触器，增加了可靠性。用8台变频器分别控制8台给粉机转速，这样就组成8个变频单元的调速系统，运行时任一变频单元出现故障都不会影响其他变频单元，变频的主电路如图1所示。

图1中VF1-VF8是控制8台电机的变频器，M1-M8是给粉电机，DK1-DK8为空气开关作为电机的后备保护，DK11-DK81刀闸为测试电机绝缘时的断开点。

为了确保锅炉给粉系统的稳定运行，我们在设计上，对给粉机电源实现双回路供电。当工作电源工作时，备用电源处在热备用状态，当工作电源停电时备用电源自动投入，互为备用。而且这两路电源分别供给上层4台给粉电机变频器及下层4台给粉电机变频器，这样如果出现一路电源失电可不至于造成锅炉马上灭火。操作回路是用交流电源控制，灭火保护接点串在其控制回路中，当灭火保护动作则跳开正在工作的电源，并闭锁备用电源投入。

变频器转速调节系统及控制方式

第一，用两台同操器分别控制上层4台给粉机及下层4台给粉机，同操器输出0-10VDC信号给PLC控制器，PLC控制器通过现场总线调节同一层4台给粉机转速，对4台给粉机进行同步操作。通过数据通讯的方式，可以准确地实现4台电机的同步。

第二，将数字式单回路调节器与变频器及同操器相配合，可组成主蒸汽压力自动闭环控制系统，单回路调节器的信号来自主蒸汽压力及汽包压力，此信号控制变频调速装置改变锅炉给粉量，实现主蒸汽压力自动调节。

第三，为使操作工适应原来的操作方式，该系统还设有每台变频器单独调速操作方式，控制器在单独调速操作时由调速电位器及给粉电机启停小开关等组成，安装在操作台上，可以分别对8台给粉机单独进行调速控制，这种控制方式较灵活，可省去同操器，实际运行中同操器可以断开。

第四，PLC控制器内置的不同通讯接口，提供了多种控制器联网方式可供选择，以构成不同要求的工业监控网络。内置10Base-T通道的PLC支持10Mbps以太网通讯，这样可以和原DCS实现无缝连接，DCS系统可以把锅炉给粉控制纳入到整个系统控制中。

第五，变频调速器的控制方法，考虑到性能价格方面因素，变频器采用ABB制造，型号为ACS401000432,它是整个调速系统的核心。主要由整流电路、滤波电路、大功率模块、电脑板、驱动电路、保护电路及检测电路等组成，它将三相交流电整流成直流电，由CPU控制的SPWM正弦波脉宽调制，将直流电转换成可调频的交流电，其中控制端子输入0-10VDC标准信号，可对输出进行频率设定。输入设定的电压与输出频率成线性关系。另外，我们选用了无速度传感器的电流矢量控制方式，这种控制方式是使用内部速度检测信号进行矢量控制，在此工作方式下变频器每次通电工作前能自动检测所带电机的参数，根据电机电流、电压及相位等信号计算出电机的实际工作转速，当发生与设定值有偏差时能自动修正转速，保证给粉、给煤机速度稳定性。由于采用了无速度传感器的电流矢量控制，省掉了原给粉机速度传感器及速度反馈信号电缆，简化了电路。过去给粉电机为4极电机2.2kW，实际运行时电机转速一般为300r/min至1000r/min之间，现在我们选用6极2.2kW电机，调速范围在0~1200r/min。为防止变频器速度控制信号系统的故障引起给粉机停转，使锅炉燃料中断而熄火，我们把变频器输出下限转速控制在300r/min，正常转速调节是在每台电机基底转速300r/min基础上进行增减的。

第六，变频器的控制方式，设计中设定为外部控制和内部控制。初次通电时，变频器处于外部控制（远程控制，REM）；当变频器处于内部控制时（本地控制，LOC），由变频器表头操作盘控制。在表头操作盘，同时按住MENU和ENTER键，直到显示Loｃ或LCr，变频器切换到本地控制（LOC）。同时按住MENU和ENTER键，直到出现rE，装置重新回到外控状态（远控，REM）。

变频器应用中的干扰现象

由于ABB变频器的整流桥是一种非线性负载，能产生高次谐波，对同一电网的其它电子、电气设备会出现谐波干扰；同时ABB变频器的逆变器作高速切换时，还能产生大量耦合性噪声对系统内其他的电子、电气设备也会产生电磁干扰。另外，系统内干扰信号及供电电源的过压、欠压、浪涌等因素，对变频器本身的正常工作也有较大的干扰。我厂的几台35T/H硫化床锅炉，在运行控制、操作中，就曾因给煤变频器运行时产生的高次谐波干扰，多次出现DCS系统运行失常现象（画面失真、全盘问号、控制信号不稳等），给正常生产带来相当的困扰。对变频器的干扰问题，我们按照隔离、滤波、屏蔽、接地的处理方法，对原配置系统进行了改进。具体方法是

第一，在电源和变频器放大器电路之间的电源线上采用噪声隔离变压器来进行隔离，免除传导干扰。

第二，改善变频器屏蔽，不让电磁干扰泄漏。将输出线用钢管屏蔽，信号线采用双芯屏蔽，长度不出20米。将其与主电路及控制回路完全分离。对周围电子敏感设备线路也按要求设置屏蔽网屏蔽墙，并保证屏蔽可靠接地。

第三，改进接地方式，抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。我们对变频器的接地进行了详细检查和测试，采用多点接地及经母线接地的形式，确保变频器不会因接地不良而对设备产生干扰。

以上就是我厂调速系统改造中，ABB变频器应用的具体实践活动。从我厂给粉、给煤机等调速系统改造中的成功实践，可看出：变频器调速具有良好的功效和广阔的前景。我们将继续研究，积极将变频器调速应用于引风机、送风机等其他调速系统改造中，以实现更大的经济和社会效益。

（作者供职于姜堰市化肥有限公司）