污水處理廠羅茨鼓風機電氣控制電路改進

付俊安 王明軍

（1.同方股份有限公司 北京 2.淮安同方水務有限公司 江蘇淮安）

一、羅茨鼓風機電氣系統控制電路

北京排水集團酒仙橋污水處理廠污水深度處理改造工程BAF工藝段反沖洗羅茨鼓風機采用變頻控制（施耐德ATV61系列90 kW變頻器）。變頻電機后部有1臺冷卻風扇，整個風機及變頻電機安裝在隔音罩中，隔音罩上有1臺風扇，羅茨風機正常啟動反洗時，冷卻風扇及隔音罩風扇運行，風機停止后兩臺風扇停止運行（圖1、圖2、圖3）。圖1中主線路、二次控制線路及變頻器安裝在MCC。風機就地操作箱（就地箱）在風機現場，內有啟動按鈕、停止按鈕、急停按鈕、風機軸承超溫保護器和調頻電位器等電氣元件。SA可在就地、MCC、停止和遠控4個位置之間轉換，其中就地控制操作過程如下。

合上羅茨風機主回路空開QF及控制回路空開QF1（圖1），合上隔音罩風扇電機主回路空開QF及控制回路保險FU（圖2），合上冷卻風扇電機主回路空開QF及控制回路保險FU（圖3），將SA轉動到就地位置，按動就地操作箱啟動按鈕SBF，則中間繼電器KA1得電，其常開觸點閉合；繼電器1KA得電吸合（圖2），隔音罩風扇電機控制接觸器1KM得電吸合并自保，風扇電機運轉；同理冷卻風扇控制接觸器2KM得電吸合并自保，冷卻風扇電機運行。變頻器可編程輸出繼電器R2設定為運行輸出（變頻器運行時，R2吸合），R1設定為故障輸出（變頻器檢測到內部故障后，R1吸合）。1KM和2KM吸合后，若未按動就地操作箱急停按鈕、風機軸承超溫保護器未動作（KA4未吸合），則延時斷開繼電器KT1得電，其瞬動常開觸點立即閉合，延時斷開常開觸點也立即閉合，KT1線圈得電并自鎖。由圖1可看出，KT1延時斷開常開觸點閉合后KM得電吸合，變頻器主電源輸入端即得電。同時KT1的瞬動常開觸點閉合也把啟動命令送給變頻器，變頻器主回路得電與變頻器啟動運行同時發生。LI4為變頻器可編程邏輯輸入端，本例中作為變頻器啟動命令通道及頻率給定信號通道選擇激活端。ATV61系列變頻器有兩路命令輸入（啟動/停止命令），AI1和AI2兩路頻率給定信號。當LI4為一個狀態時，激活變頻器1路啟停命令及1個頻率給定，LI4為另外一個狀態時激活變頻器另外一路啟停命令及頻率給定信號。在變頻器參數中可編程設定第一路啟停命令為LI1，第二路啟停命令也為LI1，第一路頻率給定信號為AI1，第二路頻率給定信號為AI2。變頻器主回路得電，同時啟動運行指令也輸入到LI1，變頻器運行，可通過旋轉就地操作箱上的調頻電位器（第一路給定AI1）調節頻率。

二、存在的問題

1.變頻器預熱時間不夠

由圖1可看出，無論SA在現場、MCC還是遠程位置，每給1個啟動命令，變頻器進線接觸器即接通，同時變頻器啟動運行的命令也輸入到LI1端，變頻器通電和啟動運行同步。通常變頻器的電解電容容量值均較大（一般和變頻器功率成正比），充電時間常數較大。如果通電和啟動運行指令同時加給變頻器，則可能會因電解電容未充足電，變頻器啟動時報無電源電壓故障而無法啟動（與ATV61系列變頻器參數設置及控制方式有關）。ATV61系列變頻器可以兩線控制啟停也可三線控制啟停，本例就是兩線控制方式。兩線控制時，可以選擇電平控制啟停或脈沖（0到1上升沿啟動，1到0下降沿停止）控制啟停。如果變頻器參數設置為兩線電平控制，雖然在剛開始啟動瞬間，電解電容還未充足電，但很快電容器也就充足電了，由于啟動命令一直有效，這種參數設置及控制方式也能啟動變頻器。如果將變頻器參數設置為二線脈沖控制方式，由于啟動命令只在啟動輸入端（本例中LI1）的上升沿有效，此時電解電容器還未充電，變頻器根本無法啟動，每按一次啟動按鈕即報一次無電源電壓故障代碼（ATV61系列變頻器三線控制時只能是脈沖啟停，選用該控制方式根本無法啟動變頻器）。變頻器中其他元件也因沒有一定預熱時間而影響壽命。

2.變頻器啟動繼電器

圖1 羅茨風機變頻系統電路

該風機控制電路利用KT1做變頻器啟動繼電器，變頻器接到停止指令（LI1斷開）后不是立即停止工作，而是在停止延時斜坡時間內（斜坡時間一般選擇數秒到十幾秒）頻率逐漸降低到0Hz。若因人為等原因造成KT1的斷電延時時間小于停車斜坡時間，變頻器還沒有結束斜坡停車KM即斷開，引發變頻器報無電源故障（此處更不能改用普通中間繼電器）。更為嚴重的是變頻器斷電時IGBT還在工作，對IGBT沖擊很大，嚴重影響其運行壽命，甚至擊穿IGBT。

3.變頻器反復通、斷電

該BAF工藝段總共有16只DN池和CN池，一般每只池中的濾料運行幾十小時后就需反沖洗一次，每次反沖洗時鼓風機運行數分鐘到數十分鐘，16只池子逐只反沖洗，反沖洗鼓風機1天平均要啟動停止數十次。盡管目前變頻器可靠性已經很高，但由于其內部有大容量電解電容等原因，若長期不帶電閑置或反復通、斷電對其工作壽命影響很大。現場調試過程中感到變頻器每通一次電就聽到一聲很大的電沖擊“嗡”聲，變頻器每天如此高頻度、短時間反復通、斷電勢必嚴重影響其工作壽命。

圖2 隔音罩風扇電機電路

圖3 冷卻風扇電機電路

4.無法實現頻率給定通道轉換

ATV61系列變頻器可接受兩個通道的啟停指令、兩個通道的頻率給定信號。本應用中通過LI4的通斷確定哪個通道啟停及頻率給定信號激活。由圖1可看出，在選定現場、遠程及MCC控制時，當給變頻器啟動指令時均是KA1得電吸合。在這3個位置時LI4只有一個狀態，只能激活一個通道的啟停命令及頻率給定信號。無論怎樣設定變頻器參數，要么只能通過AI1的給定頻率，要么只能通過AI2的給定頻率，無法實現SA轉換到不同位置激活不同通道給定頻率。

5.風扇電機無法停止

由圖2可看到當風機啟動時，KA1閉合，1KA得電吸合，1KA常開觸點閉合，1KM得電吸合并自保（因其常開觸點閉合）。風機停止時KA1斷開后，雖然1KA線圈斷電，常開觸點斷開，但由于1KM自保，隔音罩風扇電機仍然在運行，只有按動其停止按鈕或斷開隔音罩風扇電機控制電路電源時才能停止運行。同理風機停止運行后電機冷卻風扇電機無法停止。

三、改進措施

改進圖1、圖2、圖3電路（見虛線框）。查閱ATV61系列變頻器使用說明書發現，該型變頻器既可在變頻器前端裝進線接觸器，也可不裝接觸器直接接入動力線路。為使控制線路簡潔，不在變頻器前端安裝進線接觸器，合上主線路空開QF，則變頻器始終帶電。根據施耐德變頻器特點，如果變頻器開機自檢正常及運行過程中無故障，則變頻器內部故障繼電器R1動作；如果變頻器故障，則R1釋放。經過這樣改進，不會出現變頻器通電和啟動運行指令同時發生，杜絕了變頻器停機斜坡還未結束就切斷供電電源和變頻器反復通、斷電現象。

改進后繼電器KA1所接位置可滿足LI4兩個不同狀態反映SA不同位置變化的要求，當SA在遠程狀態時，KA1吸合，通過設定變頻器參數可以激活第二頻率（AI2）給定（4～20mA PLC頻率給定），當SA在現場及MCC時KA1斷電，激活第一頻率（AI1）給定，可通過調節現場就地箱上的電位器進行頻率調節。

冷卻風扇電機及隔音罩風扇電機聯動控制時無法停止的原因是由于1KM、2KM自鎖，分別在1KM、2KM自保回路中串入KA1常閉點，解除SA選定在遠控位置聯動運行時1KM、2KM自鎖功能。

利用KT1完善聯動邏輯，使冷卻風扇電機及隔音罩風扇電機在風機停止后延時一段時間停止，以進一步驅散風機運行期間電機及隔音罩內產生的熱量。

酒仙橋污水處理廠污水深度處理工程BAF工藝段所有反沖洗羅茨鼓風機控制線路經過上述改進后，已完成單機帶載運行調試及遠程聯動調試，運行良好，變頻器運行環境得到很大改善。