高壓變頻器一種新型備用投切技術在紙業(yè)廠的應用
發(fā)布時間：2020-04-14 作者：新風光
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國道三條經(jīng)濟大動脈與黃浦、新沙港、虎門碼頭及廣深鐵路中轉(zhuǎn)站構成縱橫交錯、四通八達的交通網(wǎng)絡，為公司的生產(chǎn)經(jīng)營提供了得天獨厚的水陸地理條件。
公司一期工程投資了5億元，裝備了一臺130噸循環(huán)硫化床鍋爐和18000kW汽輪發(fā)電機組，二條4800cm，600m/min的高速抄紙機及大型水力碎漿機、高濃碎漿機、熱分散設備、大直徑盤磨機、多壓力成型器等。主要產(chǎn)品有高強瓦楞原紙、掛面箱板紙、仿牛皮卡紙。
2008年，在自備電站建設時引進了新風光電子公司的710kW/10kV和560kW/10kV兩臺高壓變頻器，分別用在1#和2#的引風機上。投運后，設備一直比較運行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。
近年，由于現(xiàn)場環(huán)境酸性比較強，對設備腐蝕嚴重。為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，方便對高壓變頻器進行維護檢修，用戶準備增加一臺備用變頻器。新風光電子科技股份有限公司采用第六代高壓變頻器為現(xiàn)場設計了一種新型備用投切應用。
2 火力發(fā)電工藝介紹
2.1自備電廠生產(chǎn)過程
發(fā)電廠的生產(chǎn)過程概括起來是：先把煤磨成很細的煤粉，再借助熱風送入鍋爐內(nèi)充分燃燒，使儲存于燃料中的化學能轉(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^熱器內(nèi)繼續(xù)加熱成過熱蒸汽，沿新汽管道進入汽輪機，在汽輪機內(nèi)膨脹做功，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)，將蒸汽內(nèi)能轉(zhuǎn)換成汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的機械能；發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子內(nèi)由勵磁電流形成的磁場也隨之旋轉(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)生感應電勢，發(fā)出電能，供給廠區(qū)用電設備。
圖1
發(fā)電廠生產(chǎn)過程框圖
2.2自備電廠生產(chǎn)工藝流程
電廠主要設備：鍋爐、汽輪機、發(fā)電機。
電廠主要組成：風系統(tǒng)、燃料輸送系統(tǒng)、給水蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。鍋爐是一個換熱器，主要由爐膛、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預熱器組成。
圖2
電廠生產(chǎn)工藝流程
圖3
自備電廠現(xiàn)場圖
電廠排煙系統(tǒng)：提供鍋爐燃燒的氧氣，帶動干燥的燃料進入爐膛，維持爐膛穩(wěn)定風壓以穩(wěn)定燃燒。
一次風機：將干燥燃料送入爐膛。
二次風機：克服空氣預熱器、風道及燃燒器阻力，輸送燃燒風，維持燃料充分燃燒。
引風機：將煙氣排除，維持爐膛壓力，形成流動煙氣。
3新風光備用變頻器改造設計
3.1主回路結構
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)動兩臺電機。假如1#變頻器出現(xiàn)故障，KM3交流接觸器斷開，KM5吸合。3#變頻器以飛車啟動模式把電機帶起來，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，KM6吸合，3#變頻器以飛車啟動模式把電機帶起來。把故障變頻器維修好后，給3#備用變頻器切換信號，3#變頻器輸出交流接觸器KM5或KM6斷開，原來對應的接觸器吸合，維修后的變頻器以飛車形式啟動。同樣，如果開始投入的是2#和3#變頻器，其中的一臺出現(xiàn)故障，也可以切換到1#變頻器上。實現(xiàn)了1#，2#、3#三臺變頻器之間的任意切換。
（1）刀閘狀態(tài)錯誤報警
開機狀態(tài)下K1斷開報警。
開機狀態(tài)下K2斷開報警。
（2）接觸器邏輯錯誤
所有接觸器該合未合或該斷未斷報接觸器故障。
KM5或KM6邏輯錯誤作為重故障處理：封波，停機，聯(lián)跳高壓。
刀閘錯誤狀態(tài)和接觸器邏輯錯誤狀態(tài)使用Modbus
Address 18 VW314，具體見表1所示。
（3）開機刀閘條件2
開機刀閘條件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：無接觸器邏輯錯誤，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變頻器滿足無故障，無急停狀態(tài)，K1閉合，K2閉合，有高壓就緒的條件下，還要滿足與KM3類似的互鎖條件。
（9）KM6的控制邏輯
KM6的控制邏輯與KM5類似。
（10）KM7的控制邏輯
KM7的控制邏輯與KM3類似，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類似，只是吸合條件判斷變?yōu)榕袛郖M7是否吸合。
經(jīng)過此種邏輯控制，實現(xiàn)了3#變頻器與其他兩臺變頻器的切換邏輯功能。
4新風光第六代高壓變頻技術優(yōu)勢
具體來說，風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：
(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。
(2)矢量控制技術，通過測量和控制交流電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對交流電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制交流電動機轉(zhuǎn)矩的目的。啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應快，調(diào)速精度高，帶負載能力強。
(3)快速飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。在變頻器受到負載沖擊保護后可對其自動復位，然后再自動啟動，即可避免重要場合（如水泥廠高溫風機）變頻保護停機造成的損失?？焖亠w車啟動技術可實現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護狀態(tài)復位重新帶載運行。
(4)工頻/變頻無擾切換技術?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
(5)電網(wǎng)瞬時掉電重啟技術，電網(wǎng)瞬間掉電可自動重啟，可提供最長60s的等待時間。
(6)線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。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，而線電壓自動均衡技術通過調(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，電機輕載或者空載的時候會出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象，這時電流幅值波動很大，電流的振蕩有可能會導致系統(tǒng)因為過流或過壓而觸發(fā)保護。新風光公司采用優(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)多機主從控制技術，變頻器具備主從控制功能，多臺變頻器之間可通過數(shù)據(jù)總線組成主從控制網(wǎng)絡。將其中的一臺設為主機，其他設為從機，主機實時采集各從機的狀態(tài)信息，同時發(fā)送給各從機頻率、轉(zhuǎn)矩指令，實現(xiàn)各臺變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術適用于皮帶機、摩擦式提升機等需要功率平衡控制的場合。
(9)輸出電壓自動穩(wěn)壓技術，變頻器實時檢測各單元母線電壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實現(xiàn)自動穩(wěn)壓功能。避免電網(wǎng)波動對輸出電壓的影響。
(10)故障單元熱復位技術，若單元在運行中故障，且變頻器對其旁路繼續(xù)運行，此時可在運行中對故障單元進行復位，不必等變頻器停機。
（11）單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(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，并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。
（12）具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
（13）限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數(shù)。
（14）多種控制方式，可選擇本機控制、遠控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設定可以現(xiàn)場給定、通訊給定等支持頻率預設、加減速功能。
5結束語
在經(jīng)過現(xiàn)場安裝調(diào)試后證明，新風光電子此種備用設計結構簡單，經(jīng)濟實用，滿足了現(xiàn)場工藝要求。為我們在其他現(xiàn)場進行類似改造時提供了一種可借鑒的經(jīng)驗。
