污水处理厂罗茨鼓风机电气控制电路改进

付俊安 王明军

（1.同方股份有限公司 北京 2.淮安同方水务有限公司 江苏淮安）

一、罗茨鼓风机电气系统控制电路

北京排水集团酒仙桥污水处理厂污水深度处理改造工程BAF工艺段反冲洗罗茨鼓风机采用变频控制（施耐德ATV61系列90 kW变频器）。变频电机后部有1台冷却风扇，整个风机及变频电机安装在隔音罩中，隔音罩上有1台风扇，罗茨风机正常启动反洗时，冷却风扇及隔音罩风扇运行，风机停止后两台风扇停止运行（图1、图2、图3）。图1中主线路、二次控制线路及变频器安装在MCC。风机就地操作箱（就地箱）在风机现场，内有启动按钮、停止按钮、急停按钮、风机轴承超温保护器和调频电位器等电气元件。SA可在就地、MCC、停止和远控4个位置之间转换，其中就地控制操作过程如下。

合上罗茨风机主回路空开QF及控制回路空开QF1（图1），合上隔音罩风扇电机主回路空开QF及控制回路保险FU（图2），合上冷却风扇电机主回路空开QF及控制回路保险FU（图3），将SA转动到就地位置，按动就地操作箱启动按钮SBF，则中间继电器KA1得电，其常开触点闭合；继电器1KA得电吸合（图2），隔音罩风扇电机控制接触器1KM得电吸合并自保，风扇电机运转；同理冷却风扇控制接触器2KM得电吸合并自保，冷却风扇电机运行。变频器可编程输出继电器R2设定为运行输出（变频器运行时，R2吸合），R1设定为故障输出（变频器检测到内部故障后，R1吸合）。1KM和2KM吸合后，若未按动就地操作箱急停按钮、风机轴承超温保护器未动作（KA4未吸合），则延时断开继电器KT1得电，其瞬动常开触点立即闭合，延时断开常开触点也立即闭合，KT1线圈得电并自锁。由图1可看出，KT1延时断开常开触点闭合后KM得电吸合，变频器主电源输入端即得电。同时KT1的瞬动常开触点闭合也把启动命令送给变频器，变频器主回路得电与变频器启动运行同时发生。LI4为变频器可编程逻辑输入端，本例中作为变频器启动命令通道及频率给定信号通道选择激活端。ATV61系列变频器有两路命令输入（启动/停止命令），AI1和AI2两路频率给定信号。当LI4为一个状态时，激活变频器1路启停命令及1个频率给定，LI4为另外一个状态时激活变频器另外一路启停命令及频率给定信号。在变频器参数中可编程设定第一路启停命令为LI1，第二路启停命令也为LI1，第一路频率给定信号为AI1，第二路频率给定信号为AI2。变频器主回路得电，同时启动运行指令也输入到LI1，变频器运行，可通过旋转就地操作箱上的调频电位器（第一路给定AI1）调节频率。

二、存在的问题

1.变频器预热时间不够

由图1可看出，无论SA在现场、MCC还是远程位置，每给1个启动命令，变频器进线接触器即接通，同时变频器启动运行的命令也输入到LI1端，变频器通电和启动运行同步。通常变频器的电解电容容量值均较大（一般和变频器功率成正比），充电时间常数较大。如果通电和启动运行指令同时加给变频器，则可能会因电解电容未充足电，变频器启动时报无电源电压故障而无法启动（与ATV61系列变频器参数设置及控制方式有关）。ATV61系列变频器可以两线控制启停也可三线控制启停，本例就是两线控制方式。两线控制时，可以选择电平控制启停或脉冲（0到1上升沿启动，1到0下降沿停止）控制启停。如果变频器参数设置为两线电平控制，虽然在刚开始启动瞬间，电解电容还未充足电，但很快电容器也就充足电了，由于启动命令一直有效，这种参数设置及控制方式也能启动变频器。如果将变频器参数设置为二线脉冲控制方式，由于启动命令只在启动输入端（本例中LI1）的上升沿有效，此时电解电容器还未充电，变频器根本无法启动，每按一次启动按钮即报一次无电源电压故障代码（ATV61系列变频器三线控制时只能是脉冲启停，选用该控制方式根本无法启动变频器）。变频器中其他元件也因没有一定预热时间而影响寿命。

2.变频器启动继电器

图1 罗茨风机变频系统电路

该风机控制电路利用KT1做变频器启动继电器，变频器接到停止指令（LI1断开）后不是立即停止工作，而是在停止延时斜坡时间内（斜坡时间一般选择数秒到十几秒）频率逐渐降低到0Hz。若因人为等原因造成KT1的断电延时时间小于停车斜坡时间，变频器还没有结束斜坡停车KM即断开，引发变频器报无电源故障（此处更不能改用普通中间继电器）。更为严重的是变频器断电时IGBT还在工作，对IGBT冲击很大，严重影响其运行寿命，甚至击穿IGBT。

3.变频器反复通、断电

该BAF工艺段总共有16只DN池和CN池，一般每只池中的滤料运行几十小时后就需反冲洗一次，每次反冲洗时鼓风机运行数分钟到数十分钟，16只池子逐只反冲洗，反冲洗鼓风机1天平均要启动停止数十次。尽管目前变频器可靠性已经很高，但由于其内部有大容量电解电容等原因，若长期不带电闲置或反复通、断电对其工作寿命影响很大。现场调试过程中感到变频器每通一次电就听到一声很大的电冲击“嗡”声，变频器每天如此高频度、短时间反复通、断电势必严重影响其工作寿命。

图2 隔音罩风扇电机电路

图3 冷却风扇电机电路

4.无法实现频率给定通道转换

ATV61系列变频器可接受两个通道的启停指令、两个通道的频率给定信号。本应用中通过LI4的通断确定哪个通道启停及频率给定信号激活。由图1可看出，在选定现场、远程及MCC控制时，当给变频器启动指令时均是KA1得电吸合。在这3个位置时LI4只有一个状态，只能激活一个通道的启停命令及频率给定信号。无论怎样设定变频器参数，要么只能通过AI1的给定频率，要么只能通过AI2的给定频率，无法实现SA转换到不同位置激活不同通道给定频率。

5.风扇电机无法停止

由图2可看到当风机启动时，KA1闭合，1KA得电吸合，1KA常开触点闭合，1KM得电吸合并自保（因其常开触点闭合）。风机停止时KA1断开后，虽然1KA线圈断电，常开触点断开，但由于1KM自保，隔音罩风扇电机仍然在运行，只有按动其停止按钮或断开隔音罩风扇电机控制电路电源时才能停止运行。同理风机停止运行后电机冷却风扇电机无法停止。

三、改进措施

改进图1、图2、图3电路（见虚线框）。查阅ATV61系列变频器使用说明书发现，该型变频器既可在变频器前端装进线接触器，也可不装接触器直接接入动力线路。为使控制线路简洁，不在变频器前端安装进线接触器，合上主线路空开QF，则变频器始终带电。根据施耐德变频器特点，如果变频器开机自检正常及运行过程中无故障，则变频器内部故障继电器R1动作；如果变频器故障，则R1释放。经过这样改进，不会出现变频器通电和启动运行指令同时发生，杜绝了变频器停机斜坡还未结束就切断供电电源和变频器反复通、断电现象。

改进后继电器KA1所接位置可满足LI4两个不同状态反映SA不同位置变化的要求，当SA在远程状态时，KA1吸合，通过设定变频器参数可以激活第二频率（AI2）给定（4～20mA PLC频率给定），当SA在现场及MCC时KA1断电，激活第一频率（AI1）给定，可通过调节现场就地箱上的电位器进行频率调节。

冷却风扇电机及隔音罩风扇电机联动控制时无法停止的原因是由于1KM、2KM自锁，分别在1KM、2KM自保回路中串入KA1常闭点，解除SA选定在远控位置联动运行时1KM、2KM自锁功能。

利用KT1完善联动逻辑，使冷却风扇电机及隔音罩风扇电机在风机停止后延时一段时间停止，以进一步驱散风机运行期间电机及隔音罩内产生的热量。

酒仙桥污水处理厂污水深度处理工程BAF工艺段所有反冲洗罗茨鼓风机控制线路经过上述改进后，已完成单机带载运行调试及远程联动调试，运行良好，变频器运行环境得到很大改善。