高壓變頻器在鍋爐輔機控制回路中的應用

文/魏慶慶（安徽皖維高新材料股份有限公司）

許多企業在建設初期使用的設備，如風機、水泵等，其動力部分都采用了高壓三相異步電動機，在風機、水泵的出口處增加擋板或閥門，通過調節擋板或閥門來調節風量或水量的大小，這種方式會使風門磨損嚴重，帶來檢修頻繁、電機能耗高等問題，不利于企業的發展。高壓變頻器由變壓器柜、功率柜、旁路柜、控制柜組成，其作用是調節頻率，可將原來頻率固定不可調的設備轉變為頻率可調的設備，通過調頻控制高壓三相異步電動機的轉速，達到減少風門磨損和節電的目的。隨著高壓變頻器技術的進步，其在電動機特別是高壓三相異步電動機領域的應用已日趨成熟。近年來，高壓變頻器的使用和改造在企業得到了大力推廣，節能效果顯著。本文以鍋爐風機為例，總結高壓變頻器改造過程中高壓變頻器控制部分如何與高壓開關柜及分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）之間的控制部分對接。

一、改造前6 kV 高壓開關柜動作原理和改造要求

1.動作原理

6 kV 高壓開關柜原接線方式如圖1 所示。

圖1 6kV 高壓開關柜原接線方式

鍋爐風機的正常啟動順序是：中控室點擊啟動按鈕→DCS 驅動ZJ 繼電器使其帶電→ZJ 繼電器常開觸點閉合→驅動ZJ1 繼電器線圈得電→ZJ1 的輔助觸點位置改變/ZJ1常開觸點閉合→通過微機保護裝置→高壓開關的合閘線圈HQ 帶電→高壓開關合閘→風機運行。

運行中正常停機順序是：中控室點擊停機按鈕→DCS驅動ZJ 繼電器失電→ZJ 常開觸點打開→ZJ1 線圈失電→ZJ1 常閉觸點閉合→通過微機保護裝置→高壓開關的分閘線圈TQ 帶電→高壓開關分閘→風機停運。

2.高壓變頻器改造技術要求

高壓變頻器改造后，高壓開關柜合閘后6 kV 電源送至高壓變頻器，啟動高壓變頻器，高壓變頻器給定頻率啟動電機運行。

高壓變頻器改造后要滿足以下技術要求：

（1）高壓變頻器處于變頻狀態時，若高壓變頻器具備運行條件，則發出允許高壓開關合閘的信號，且此信號為保持信號；若高壓變頻器不具備運行條件，則不會發出允許高壓開關合閘的信號，高壓開關不允許合閘，且無法合閘。

（2）高壓變頻器處于工頻狀態時，變頻器要發出工頻允許啟動信號，確保在高壓變頻器本身故障的情況下允許高壓開關合閘。

（3）高壓開關合閘后，要反饋一個已合閘的信號給高壓變頻器；高壓開關分閘后，要反饋一個已分閘信號給變頻器。合閘和分閘的反饋信號通過本身的一對常開觸點和一對常閉觸點來實現。

（4）當高壓變頻器本身故障時，要發出跳高壓開關的指令，使高壓開關跳閘。

（5）高壓變頻器柜門上應設有緊急停機按鈕，緊急情況下按下緊急停機按鈕，使高壓開關分閘斷電。

二、高壓變頻器改造后的動作原理與技術要點

1.動作原理

高壓變頻器改造后的控制接線如圖2 所示。

圖2 高壓變頻器改造后的控制接線

高壓變頻器啟動是通過驅動變頻器K9 繼電器，變頻器驅動繼電器K9 觸點閉合使KA 繼電器線圈帶電，KA 繼電器常開觸點閉合使ZJ1 線圈帶電，ZJ1 常開觸點閉合通過保護裝置使合閘線圈HQ 帶電，高壓開關合閘。

高壓變頻器停止是通過驅動變頻器K9 繼電器，變頻器驅動繼電器K9 觸點斷開使KA 失電，ZJ1 線圈失電，ZJ1常閉觸點閉合，接通跳閘回路，使高壓開關跳閘。

2.技術要點

（1）變頻器驅動K9 是一個保持觸點，正常運行時K9是保持閉合的。若K9 斷開，高壓跳閘。

（2）在原DCS 合閘回路中串入變頻器工頻允許啟動觸點（圖2 虛線框中），在變頻器本身發生故障轉入工頻狀態時，變頻器發出允許工頻合閘信號，高壓開關才可以合閘；如果變頻器這對觸點不閉合，即使DCS 驅動ZJ 高壓開關也不會合閘。

（3）增加了一個中間繼電器KA。即使不增加KA 繼電器也可以直接用變頻器的驅動K9 來代替實現高壓變頻器的啟停。但這樣就無法區分是工頻驅動的分合閘還是變頻驅動的分合閘，因為無論工頻啟動電機還是變頻啟動電機，結果都是使ZJ1 線圈帶電，使高壓開關合閘，沒有任何區別。增加了KA 繼電器后，若KA 繼電器和ZJ1 繼電器同時運行，則說明電機就是在變頻狀態下運行；若只有ZJ1 繼電器在運行，KA 繼電器未運行，則說明電機在工頻狀態下運行。

（4）當變頻器發生內部故障時，可通過緊急停止按鈕，接通高壓開關跳閘回路，使高壓掉電。

三、改造后節電效果對比

6 月份改造前后電量對照見表1。由表1 數據可以看出，改造后電量比改造前的電量明顯下降，總用電量由約37000 kWh 降至約21000 kWh，節電率在40%以上，節電效果顯著。

表1 鍋爐風機日用電量對照表（單位：kWh）

四、結語

高壓三相異步電動機變頻器改造后運行正常，變頻啟動時的電機電流比較平滑，減少了直接啟動時大電流的沖擊，改造后節電效果顯著。