利用變頻技術(shù)對風機控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造

劉荷英

【摘要】：交流變頻調(diào)速是現(xiàn)代的高新技術(shù)之一，包含了電機學、微電子學、電力電子學等多種學科內(nèi)容，變頻調(diào)速技術(shù)完美融合了傳統(tǒng)行業(yè)和信息通訊頂尖技術(shù)，降低了能源消耗，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，為企業(yè)健康發(fā)展提供了充分的保障。因此風機使用企業(yè)為使風機的電力消耗最小，采用變頻控制技術(shù)，整合傳統(tǒng)的電機調(diào)速原理、計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)。當實際使用風量低于風機在額定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的風量時，降低風機的運行轉(zhuǎn)速，降低風機的功率消耗，同時使電機以最經(jīng)濟的方式運行，使該系統(tǒng)的節(jié)能達到最大。本研究利用變頻技術(shù)對風機控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造，極大地降低了電力行業(yè)廠用電的消耗，對其它的風機使用場合也值得借鑒。

【關(guān)鍵詞】：風機控制系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)；改造；變頻器；應(yīng)用

【分類號】：TP391.72

眾多的文獻資料及工程實踐表明，發(fā)電廠中發(fā)電機組消耗了全廠用電總量的80%左右，其中尤以一些輔助設(shè)備，如風機、水泵等的用電消耗占總用電消耗量的主要部分。往往上述設(shè)備因為自身能力有限，還要承受過重的生產(chǎn)負荷，以致能源消耗過大，極大提高了企業(yè)生產(chǎn)成本。在風機控制系統(tǒng)中應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，全面優(yōu)化風機控制系統(tǒng)各項技術(shù)參數(shù)，使風機運行平穩(wěn)可靠，操作更加便捷，減少人力及電能的消耗，緩解了維修人員的工作強度，解決了能源消耗過多的實質(zhì)性問題。所以，對電廠風機控制系統(tǒng)采取節(jié)能改造技術(shù)極具現(xiàn)實意義。本文分析了利用變頻技術(shù)對風機控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造，筆者結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗，對風機控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)有深刻的體會，現(xiàn)將實際的改造的研究過程作一匯報。

一、生產(chǎn)工藝

（一）風機作用

在鍋爐的運行系統(tǒng)中，風機是其重要組成部分，起到送風供氧的作用，促使爐內(nèi)燃料燃燒速度加快并燃燒充分，減少不必要的能源消耗，以減少整個運行系統(tǒng)燃料的浪費。鼓風機往爐膛內(nèi)輸送空氣，為燃料燃燒輸送必需的氧氣，讓燃料燃燒更加充分，并確保高強度的燃燒速率，以獲得一定的爐膛溫度。引風機將燃燒后的多余廢氣，從爐內(nèi)抽出經(jīng)煙囪排至大氣，并保持爐內(nèi)壓力達到運行要求。

（二）變頻技術(shù)介紹

隨著信息技術(shù)發(fā)展，一些新興技術(shù)不斷涌入人們生產(chǎn)及生活中，如變頻技術(shù)就是此類新興技術(shù)之一。交流變頻調(diào)速技術(shù)是近些年興起的電力傳動調(diào)速技術(shù)，綜合多個領(lǐng)域的學科技術(shù)，如現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等，相比其它調(diào)速方式，無論是性能、還是技術(shù)均十分優(yōu)越，變頻調(diào)速具有極高的調(diào)速效率，所能源的綜合消耗比較少，且調(diào)速范圍廣，可無級調(diào)速；此外，還具有靈敏的動態(tài)響應(yīng)、便捷的操作、完善的保護功能、調(diào)速精度高等特點，給予工藝自動化提供更為方便的操作，在多個領(lǐng)域獲得應(yīng)用，是企業(yè)節(jié)能改造手段的重要選擇之一。

相比普通交流電機調(diào)速，低壓變頻器是一種不錯的選擇，施耐德ATV71 系列變頻器應(yīng)用到本次課題研究，采用優(yōu)化正弦波空間矢量控制技術(shù)及世界上最先進的第四代由德國公司生產(chǎn)的最新器件-IGBT 模塊，科學的設(shè)計、緊湊的配置、抗潮、防腐、寬廣的調(diào)速范圍，齊全的保護功能、較強的電壓變化適應(yīng)能力，多應(yīng)用于電網(wǎng)電壓波動大的企業(yè)和區(qū)域，節(jié)電效果十分理想。

風機控制系統(tǒng)最好的節(jié)能方式就是經(jīng)過技術(shù)改造的以變頻器為核心的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。基于變頻器的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，根據(jù)外部的信息反饋及系統(tǒng)運行的實際情況，提出系統(tǒng)實際所需的風機參數(shù)即風機風量、壓力，依據(jù)風機的性能特性確定對應(yīng)的頻率（即風機實際需求轉(zhuǎn)速）調(diào)節(jié)信號，并同步調(diào)整各個環(huán)節(jié)的輸入與輸出，使之整個系統(tǒng)平滑調(diào)節(jié)。根據(jù)測算，當風機轉(zhuǎn)速由100%額定轉(zhuǎn)速減少到70%額定轉(zhuǎn)速，僅風機自身耗電就可降低50%左右，再加沒有采用變頻控制技術(shù)的調(diào)節(jié)方式的能耗增加，本技術(shù)方案的此時節(jié)能率大于60% ，因此，對于負荷經(jīng)常性變化且變化大的電廠，尤其對一些發(fā)電廠長期運行處于低負荷、低轉(zhuǎn)速情況，基于變頻調(diào)速自動控制裝置，增加風機控制系統(tǒng)，可有效降低發(fā)電廠綜合能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能目的[1]。

總之，采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，不僅可極大減少能源消耗，還有下述值得關(guān)注：將原有運行設(shè)備改造為變頻控制，可充分避免了因大功率電動機啟動時產(chǎn)生的啟動電流對其它電機造成的沖擊破壞；電機及管道檢修周期進一步延長，使檢修人員維護工作更加輕松；促使機組自動裝置穩(wěn)定性提高，優(yōu)化了機組運行，更加經(jīng)濟可靠；優(yōu)化了設(shè)備運行參數(shù)，運行效率極大提升。執(zhí)行閉環(huán)自動控制，減少人工的誤操作，并使工人的勞動強度大大降低，省去管理費用支出。變頻調(diào)節(jié)性能突出，為系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供極其便利的條件，方便改造不斷完善；變頻調(diào)節(jié)應(yīng)用后，降低了風機的實際運行轉(zhuǎn)速，很大程度上降低了噪聲污染。

（三）控制方案及系統(tǒng)配置

課題研究對象為1# 爐鼓風機，風機型號：G75-7F-16D電機型號為Y355M2-4-250kW， 適配的變頻器為施耐德 ATV71HC25N4 ， 所需數(shù)量1 臺，采用一拖一的拖動方式。

（四）系統(tǒng)控制方式

所有變頻控制柜單獨操控一臺風機，具有變頻及工頻雙向切換功能；變頻柜控制電源采用隔離變壓器分離主回路的方式，達到電氣隔離的目的；風機供電以變頻或工頻的雙回路方式供電，電氣互鎖配合機械互鎖接觸器執(zhí)行，添加刀熔開關(guān)于變頻器輸入端，便于退出及維護變頻器運行；變頻控制柜具有遠程及就地操作功能，如配置了遠程控制室及就地變頻控制柜，兩大功能可切換使用；設(shè)置緊急停機功能，變頻柜處任何控制狀態(tài)下，如遠程控制狀態(tài)，就地控制狀態(tài)抑或變頻控制狀態(tài)等，一旦接到緊急情況，便會馬上停機；變頻柜可標準模擬量輸入，也可輸出 AI/AO，開關(guān)量輸入DI，輸出DO，連接 DCS 系統(tǒng)，方便開啟，停用及變頻切換，也可輕松調(diào)節(jié)、風量、控制變頻復(fù)位，可動態(tài)監(jiān)控風機運行狀況、運行頻率、承受負荷及遇到的故障等[2]。

二、風機技術(shù)改造取得的成果

該風機應(yīng)用變頻技術(shù)對控制系統(tǒng)進行改造，對比原系統(tǒng)，改造后的控制系統(tǒng)可無級調(diào)速，自身電量損耗很小，減少了設(shè)備故障率，此外，有效結(jié)合了變頻器、人機界面等，自動化調(diào)控風量，系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了既定的節(jié)能目的，還符合了生產(chǎn)工藝要求。技術(shù)改造后，變頻器變頻調(diào)速應(yīng)用到傳統(tǒng)發(fā)電廠風機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了節(jié)能的目的，并可在短期內(nèi)收回投入成本，因此在發(fā)電廠風機控制系統(tǒng)技術(shù)改造中采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)具有相當大的潛力，還可提升電廠的系統(tǒng)綜合控制水平。

三、結(jié)論

本文所作的上述論述具有一定的局限性，僅僅從風機控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造這個層面略作論述，肯定還有許多方面需要涉及，只有在實際操作中及時發(fā)現(xiàn)問題，并制定切實可行的應(yīng)對方案，才能使應(yīng)用變頻技術(shù)的控制系統(tǒng)運行更加安全可靠，有助于降低能源消耗的最大化，為我國能源建設(shè)做出必要貢獻。

參考文獻：

[1]王儒.基于PLC與變頻器的發(fā)電廠風機節(jié)能控制系統(tǒng)研究[J].科技風，2011，（14）：113.

[2]張萍.變頻器在風機控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造應(yīng)用[J].中文信息，2015，（8）：330-330，373.