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日立变频器应用实践

供稿:伍君华 2006/2/22 11:23:00

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【摘要】
介绍了日立J300系列变频器应用效果和利用变频器的“自动电压调整”、“瞬时电源故障重启动”、“模糊最佳加减速”功能来实现设备的可靠运行。【关键词】
变频器 节电 可靠性 自动电压调整 重启动 1 引言
变频调速技术是最有发展前途的一种交流调速方式,在我国许多领域得到了广泛的应用。我公司热电厂是一个装机容量为27MW(6×2+15×1)的小型热电厂,自从1997年6月开始,先后引进11台日立J300变频器,用于锅炉引风机、送风机、给水泵和汽轮机的循环水泵,获得成功,使年平均厂用电率下降1.5%,按年发电量1亿kWh计算,年可节电150万kWh,按0.70元/kWh计算,年节约105万元,一年内即可收回变频器的全部投资。
“变频节能”已被广大热电厂所接受,但是在应用过程中,也遇到了一些问题:例如系统电压的波动会引起变频器的跳闸;工作母线故障,BZT(备用电源自投)装置动作后,变频器如何重新启动;总之,能否保证设备的可靠运行,是推广变频节能技术的先决条件。2 应用实例
我厂3#汽轮发电机组是南京汽轮电机厂制造,型号为CN15-3.43/0.981-1 QF-15-2,其循环水系统采用了3台200kW循环水泵,系独立的闭式循环系统。根据汽轮机冷却循环倍率的要求,最多时2开1备,一般为1开2备,泵出口配以电动蝶阀,为全开全关操作,因此只要泵一开,电动机即为满负荷。经实测,电动机功率均达200kW。我们将一台日立J300-2200 HF5变频器用于循环水系统,节点效果明显,平均节电达45%以上。在解决设备可靠性问题上,我们应用了日立变频器所特有的“自动电压调整功能”(AVR功能)、“瞬时电源故障设备重启动功能”和“模糊最佳加减速功能”,确保了主机设备的安全运行。3 设备可靠性试验
循环水泵是汽轮机的重要辅机,能否正常运行将直接影响汽轮机的运行,如果循环水泵因故停运,汽机循环冷却水会中断,凝汽器真空会骤然下降,当真空度降至-0.06Mpa时,汽轮机就会因“低真空保护”动作而跳机,因此必须解决好可靠性的问题。3.1 系统电压波动发生时的对策
在机组运行过程中,由于受外来因素的影响,如雷电冲击、系统馈线短路故障、大电机直接启动等等,均可引起用电母线的电压波动,有时瞬时电压可下跌至额定电压的30%以下,但电压回升也较快,一般均在1s内,有的只有几个周波的时间。
对于不是很大的电压波动,我们可采用变频器的自动电压调整功能。当电源电压下降时,由于有AVR功能,不会引起变频器跳闸,使电动机正常运行。
根据电力拖动原理,电动机的输出转矩与变频器输出电压和频率的关系为:
M ∝ (V/f)2
式中:M——电动机的输出转矩,Nm;
V——变频器的输出电压,V;
F——变频器的输出频率,Hz。
变频器设置AVR功能后,当外部电压突然下降时,机内CPU会根据测得的电压下降信息,发出频率跟踪信息,从而使V/f维持不变,即变频器维持原有转矩,保持转矩平衡,进而避免变频器跳闸。实际应用中,凡设置了AVR功能的变频器,从未发生因电源波动而引起的跳闸。3.2 瞬时电源故障发生时的对策
当外部电源瞬时发生故障,如工作电源中断,或电压低于变频器无法维持正常工作时,仅利用变频器的AVR功能已很难满足要求了,因为只要电源中断,变频器是肯定要跳闸的,这也是变频器本身保护功能所决定的。因此当电源恢复后,如何使变频器尽快恢复正常运行,是迫切的课题。
日立变频器具有瞬时电源故障重启动的功能(A34功能),对于欠压,可重启动16次。它还可以多种选择:①跳闸后输出报警信号,不作自启动;②在重起动时间减速停止;③0Hz重启动;④频率协调启动。显然我们应选用第④项中方式,该方式的过渡过程如图1所示:



  当发生故障时,电源中断时间为t0,变频器跳闸,输出停止,但此时变频器内由于电容器的作用,控制电源将维持一段时间t1。在t1时间内,机内CPU仍正常工作,电动机因变频器输出切断而进入自由滑行状态。对于没有机械制动的电动机,其转速会缓慢下降。此时如果电源恢复正常,机内CPU会依据所测电动机的实际转速,计算出频率匹配点(图中Q点),并发出相应的匹配频率指令,经延时t3(瞬时电源故障恢复后等待时间),使变频器和电动机频率协调后重启动。
上述t0、t1是由外部条件或变频器本身特性所决定的,不能作设定和调整,t2、t3需人为设定,要求t2 > t0。如果t2 > t0,变频器就不能实现频率协调重启动,只能是0Hz重启动了.
实践中,我们设定t2=2s,t3=0.3s,可以满足要求。我们利用厂用电备用电源自投作为模拟瞬时电源故障,运行了循环水泵变频器重启动试验。
首次试验,运行频率41Hz,瞬时电源故障后,变频器重启动成功,Q点为17Hz,但由于变频器设定加速时间为30s,自17Hz上升至运行工况时间(t4)较长,出现了循环水泵出水中断。为满足运行要求,必须缩短加速时间。但加速时间太短会引起变频器过流跳闸,太长了,又满足不了运行要求。
针对这个问题,我们又采用了变频器的A59-2功能,即“模糊最佳加减速控制”模式。
所谓模糊最佳加减速功能,就是应用模糊控制理论,机内CPU随时测出变频器输出电流,并发出上升频率的指令,以确保变频器不因为过流而跳闸,又以最快的速度上升频率。这样,变频器加(减)速时间不是原先设定的数值,而是依据CPU所测得电动机负载和制动要求确定,并自动计算最佳加减速速度,充分利用变频器的容量,以最快的速度达到需要的运行工况。
经过实践,循环水泵出水没有中断,频率从下降到上升至运行频率均在2s内完成。我们在汽轮机不同负荷情况下试验,效果良好(表1)。表1 模糊最佳加减速模式下变频重启动试验记录


根据试验可以发现,当机组满负荷运行时,发生电源瞬时故障,变频器重启动成功,汽轮机凝汽器真空仅下跌0.007MPa,不会引起因低真空保护的动作而跳机。4 结论
(1)由于采用了日立J300变频器所具有的“自动电压调整”、“瞬时电源故障设备
重启动”、“模糊最佳加减速”等功能,确保了电源出现电压波动或瞬时失电情况下,变频器仍能正常运行或迅速恢复正常运行,从而确保主机诗歌被的正常运行;
(2)我厂锅炉引风机、送风机、给水泵应用此技术,1年多来未发生跳闸而重启动失败;
(3)由于采用变频技术,电机实现软启动,不存在启动电流冲击,同时对泵或风机、管道、阀门等机械设备的冲击大大减小,从而延长了电机和其他设备的使用寿命。

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