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作者簡介：秦路平（1973-），北京人，本科，從事工業(yè)自動化行業(yè)十余年，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣踊c傳動控制。
摘 要：本文主要介紹西班牙PE公司的SD700系列變頻器在鍋爐燃煤集中供熱中的應(yīng)用，通過變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、爐排和分層給煤設(shè)備，實(shí)現(xiàn)本柜/現(xiàn)場/DCS三地控制和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，確保了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能。
關(guān)鍵詞：SD700變頻器；諧波抑制；電磁干擾；節(jié)能
Abstract：This paper introduces the application of SD700 drive of Power-electronics，Spain in centralized heat supply system.We implement Local/Remote/DCS controlling and network supervision by using SD700 drives to control forced fan，induced fan，cycle pump and other devices.This ensures the stability of operation and energy-saving.
Key words：SD700 drive；Harmonic restriction；EMC；Energy-saving
1 引言
集中供熱是城市能源建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，它是以熱水或蒸汽作為熱媒，通過熱網(wǎng)向城鎮(zhèn)或區(qū)域用戶供應(yīng)熱能的方式。呼和浩特如意經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)作為國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，總規(guī)劃面積10.97平方公里，隨著本次集中供熱工程的建設(shè)，將取締供熱范圍內(nèi)所有分散的燃煤供熱小鍋爐；同時，增加了自動控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，既提高了供熱系統(tǒng)的安全可靠性，又保證了供熱質(zhì)量，適應(yīng)了開發(fā)區(qū)內(nèi)日益增長的熱負(fù)荷需要，具有顯著的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要介紹SD700系列變頻器在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2 鍋爐燃煤系統(tǒng)的變頻器控制方案
該鍋爐燃煤控制系統(tǒng)所涉及的爐排和給煤機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵用變頻器全部采用PE公司的SD700，SD450以及SD250系列產(chǎn)品，功率范圍從2.2kW到630kW，電壓等級是380V和690V。整個控制系統(tǒng)采用DCS集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐的自動燃燒及供熱運(yùn)行（如圖1所示）。
圖1 鍋爐系統(tǒng)圖
2.1 爐排和分層給煤機(jī)
爐排和給煤機(jī)控制著鍋爐進(jìn)煤量的變化，為雙爐排雙分層給煤機(jī)。驅(qū)動部分采用的是SD250系列4kW和2.2kW變頻器恒轉(zhuǎn)矩控制，正常運(yùn)行，爐排及分層給煤機(jī)同步調(diào)速；單體試車時，爐排及分層給煤機(jī)也可以單臺調(diào)速，控制方式采用本柜/現(xiàn)場/DCS三地控制，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)分別實(shí)現(xiàn)起/停和電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，并且具有起/停狀態(tài)指示，故障報警和急停裝置。同時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速值和電流值可以反饋給DCS控制器作為運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。
2.2 鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)
鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)控制著鍋爐爐膛內(nèi)的壓力，引風(fēng)量隨著鼓風(fēng)量的變化作相應(yīng)的調(diào)整，使鍋爐內(nèi)部始終保持在一定壓力值，確保整個燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中鼓風(fēng)機(jī)采用PE公司SD700系列380V，250kW變頻器驅(qū)動，引風(fēng)機(jī)采用SD700系列690V，630kW變頻器驅(qū)動。控制方式也是采用本柜/現(xiàn)場/DCS三地控制，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)三地起/停和轉(zhuǎn)速控制，同時具有起/停狀態(tài)指示，故障報警和急停裝置；電機(jī)轉(zhuǎn)速值和電流值分別以4～20mA信號反饋給DCS控制器作為運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。以引風(fēng)機(jī)為例，SD700系列變頻器的控制線路如圖2所示。
圖2 SD700系列變頻器的控制線路圖
PE公司SD700系列變頻器的主要參數(shù)設(shè)置如下：
G3.1/速度參考值1=AI2，通過模擬輸入2（4-20mA）DCS信號設(shè)定，當(dāng)D6=OFF時。
G3.2/速度參考值2=AI1，通過模擬輸入1（0-10V）現(xiàn)場電位器信號設(shè)定，當(dāng)D6=ON時。
G3.3/本地速度參考值=20%-100%，速度參考值是以50Hz為基數(shù)的百分比來表示。
G4.1.1/主控制模式=2REMOTE，通過端子控制變頻器，當(dāng)D5=OFF時。
G4.1.2/可選控制模式=1LOCAL，通過面板控制變頻器，當(dāng)D5=ON時。
2.3 循環(huán)泵和補(bǔ)水泵
循環(huán)水泵采用PE公司SD700系列690V，450kW變頻器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持供回水壓差處于恒定。在DCS自動控制狀態(tài)下，由壓力傳感器測得進(jìn)出口壓力值，計(jì)算進(jìn)出口壓差作為反饋值，和進(jìn)出口壓差設(shè)定值比較，使系統(tǒng)在進(jìn)出口壓差恒定狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行；同時由于變頻器具有電機(jī)軟起、軟停的功能，因此也避免了“水錘”對管網(wǎng)及設(shè)備產(chǎn)生的沖擊，保障了管網(wǎng)系統(tǒng)安全地運(yùn)行。
另外，通過PE公司SD450系列380V，30kW變頻器對補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行恒壓控制，補(bǔ)水泵為一用一備，正常時由變頻器與壓力傳感器構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)可以自動定壓補(bǔ)水，同時將變頻器運(yùn)行狀態(tài)反饋給DCS系統(tǒng)監(jiān)視。當(dāng)故障時又可以手動切換到工頻狀態(tài)，進(jìn)行手動補(bǔ)水，確保供熱系統(tǒng)中水循環(huán)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
3 鍋爐燃煤系統(tǒng)對變頻器的技術(shù)要求
由于變頻器是實(shí)現(xiàn)以上各部分功能最主要的執(zhí)行設(shè)備，因此它的產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行狀況直接影響到整個系統(tǒng)能否正常和穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，該系統(tǒng)對變頻器特別是大功率變頻器提出以下技術(shù)要求：
3.1 全面的諧波抑制
一般來說，鍋爐燃煤供熱系統(tǒng)中采用了較多的傳感器、變送器以及其他測控儀表，包括DCS控制器；當(dāng)變頻器的總?cè)萘肯鄬﹄娋W(wǎng)來說比較大時，如果大功率變頻器選型不當(dāng)，在運(yùn)行過程中容易給電網(wǎng)造成大量的諧波干擾和電磁干擾，嚴(yán)重時會造成其他設(shè)備的誤動作；儀表測量上的誤差；變壓器和其他用電設(shè)備的發(fā)熱及絕緣老化；設(shè)備運(yùn)行噪聲明顯等實(shí)際問題。因此，所選用的大功率變頻器必須嚴(yán)格滿足工業(yè)場合下EMC電磁兼容性的要求，將諧波和電磁干擾控制在一定范圍內(nèi)，以確保整個系統(tǒng)的安全可靠地運(yùn)行。
PE公司的SD700系列變頻器采用了內(nèi)置的交流進(jìn)線電抗器，內(nèi)置的EMC濾波器，內(nèi)置的dV/dt輸出濾波器，全面有效地抑制了諧波干擾和電磁輻射的影響，完全符合EN61800-3標(biāo)準(zhǔn)中工業(yè)場合（第二類環(huán)境）的EMC要求。變頻器柜體采用帶絕緣的屏蔽層和2mm厚的鍍鋅無鉛鋼板。
3.2 效率優(yōu)化和節(jié)能運(yùn)行
風(fēng)機(jī)類的電機(jī)容量一般是按照最大需求量考慮，設(shè)計(jì)時留有的余量較大，有時侯實(shí)際的負(fù)載往往比較輕，而傳統(tǒng)的變頻器在調(diào)速過程中總是保持磁通量恒定，這樣在負(fù)荷比較低的時候，變頻器和電機(jī)的效率會很低。PE公司的SD700系列變頻器對這類應(yīng)用場合設(shè)有一個磁通量優(yōu)化功能。在磁通量優(yōu)化模式下，在低負(fù)荷運(yùn)行期間，磁通量等級將進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，這時的電機(jī)噪聲和功率損耗都會降低，有效地實(shí)現(xiàn)了節(jié)省電能，提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。
3.3 高起動轉(zhuǎn)矩
大功率的風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載具有靜態(tài)慣量大、起動轉(zhuǎn)矩要求高的特點(diǎn)，PE公司的SD700系列變頻器的最大起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的200﹪，有效地解決了大起動轉(zhuǎn)矩的問題，在V/F控制方式下可以實(shí)現(xiàn)即快又平穩(wěn)的起動過程。
3.4 質(zhì)保期長，維護(hù)快速簡單
鍋爐燃煤集中供熱關(guān)系到冬季里居民的生活，因此工程驗(yàn)收后在供暖期里能夠提供及時有效的服務(wù)是必需的。PE公司為變頻器產(chǎn)品提供了3年質(zhì)保，基本上滿足了兩個采暖期的售后服務(wù)要求，這樣對今后的運(yùn)行提供了可靠的質(zhì)量保障。而且，SD700系列變頻器全功率段采用的都是同一種控制板，電源板和IGBT驅(qū)動板；獨(dú)特的“同平面存取”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單快速的維護(hù)與更換。
4 結(jié)語
經(jīng)過了一個采暖季的運(yùn)行，整個鍋爐燃煤系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，節(jié)能節(jié)電效果顯著；爐排和給煤機(jī)調(diào)速起停平穩(wěn)；鼓風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)調(diào)速響應(yīng)快，爐膛壓力和溫度控制穩(wěn)定；循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的運(yùn)行保證了進(jìn)出水口的壓差恒定，其他儀器儀表信號監(jiān)控與顯示正常，同時，由于PE公司的變頻器產(chǎn)品具有較長的質(zhì)保期和及時有效的售后服務(wù)，這樣也為下一個供暖季提供了充分的保障。
——轉(zhuǎn)自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號