DCS在風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計

1、dcs在風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計 摘要：通過采用變頻技術(shù)和dcs穩(wěn)定的計算機控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)引送風(fēng)機轉(zhuǎn)速的改變控制風(fēng)量大小，達到節(jié)能降耗的目的。把dcs系統(tǒng)融入到電子系統(tǒng)中，能夠有效提升電氣設(shè)施的工作效率，將會影響我國電力系統(tǒng)的自動化發(fā)展。文章就dcs在風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)計的相關(guān)問題進行了探討。 關(guān)鍵詞：dcs；風(fēng)機變頻調(diào)速；節(jié)能降耗；應(yīng)用與設(shè)計 文獻標識碼：a 中圖分類號：th445 文章編號：1009-2374（2015）24-0013-03 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.24.007 1 問題提出 公司5臺鍋爐（三用兩備），廠家：四川鍋爐

2、廠，型號：cg220t/9.8。每臺鍋爐兩臺引風(fēng)機和兩臺送風(fēng)機，廠家：武漢鼓風(fēng)機廠，引風(fēng)機型號：lh-br260sw（idf），送風(fēng)機型號：lh-fr145d，變頻器型號為：zinvert-a8h1150/10y。鍋爐dcs控制系統(tǒng)為foxbro公司的i/a控制系統(tǒng)。 鍋爐的引送風(fēng)機主要是進行恒速運作，依靠風(fēng)門擋板的調(diào)節(jié)能夠控制風(fēng)量。但是恒速運轉(zhuǎn)的電動機驅(qū)動風(fēng)機，其自身就非常浪費資源。當我們調(diào)節(jié)鍋爐的蒸發(fā)量、鍋爐的溫度以及鍋爐的壓力時，一定要記得及時調(diào)節(jié)風(fēng)門，讓其盡快適應(yīng)負荷的變化。通過擋板位置的改變來控制送風(fēng)量，風(fēng)機電機本身利用的能量沒有多大變化，電動機的軸輸出功率也幾乎沒變，這時我們就可以

3、改變風(fēng)門來調(diào)節(jié)送風(fēng)量，進而滿足鍋爐工作的需求，然而，這樣一來不僅會降低電能的利用率，還會增加額外的損耗。假如我們采用變速運作的模式，就會完成節(jié)能操控。 2 風(fēng)機dcs變頻調(diào)速系統(tǒng)改造方案 圖1 風(fēng)機dcs變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 2.1 變頻器與dcs接口 啟動變頻器（di）：“遠程控制”方式下，驅(qū)動變頻器啟動指令。信號需求為3秒脈沖。有“待機狀態(tài)”反饋后，變頻器才能接受執(zhí)行該命令。 停止變頻器（di）：“遠程控制”方式下，驅(qū)動變頻器停止指令。信號需求為3秒脈沖。該指令相當于軟停，變頻器執(zhí)行該指令后，開始減速，減速至停止頻率后，自動停止輸出功率，并進入“停止狀態(tài)”和“待機狀態(tài)”等待下次啟動。 風(fēng)門/閥

4、門位置反饋（di）：在變頻器故障轉(zhuǎn)工頻率時，當風(fēng)門或閥門關(guān)到設(shè)定值時，反饋給變頻的信號。信號需求為3秒脈沖。 工頻轉(zhuǎn)變頻（di）：“遠程控制”方式下、且控制柜門背面的“手動旁路/自動旁路”旋鈕進行選擇“自動旁路”、“允許跳進線開關(guān)”合上，“允許合進線開關(guān)”合上，刀閘k1，k2合閘狀態(tài)下。 轉(zhuǎn)速給定（ai）：遠程頻率給定。dc420ma信號4ma對應(yīng)1hz，20ma對應(yīng)50hz； 同步轉(zhuǎn)速反饋（ao）：當前電機的同步轉(zhuǎn)速反饋，為理想空載轉(zhuǎn)速反饋。dc420ma信號，4ma對應(yīng)1hz，20ma對應(yīng)50hz； 輸出電流反饋（ao）：當前電機定子電流反饋，為變頻電流。dc420ma信號，4ma對應(yīng)0安

5、培，20ma對應(yīng)2倍的電機額定電流。因此dcs程序中，該電流量程應(yīng)設(shè)為2倍的電機額定電流。 輕故障（do）：控制回路加電后變頻器循環(huán)自檢后的結(jié)果反饋。若運行時發(fā)生“輕故障”信號，表示變頻器發(fā)生輕微故障，但是照常輸出功率，若停止時發(fā)生，表示設(shè)備有輕微故障未被排除，但不影響啟動和運行 操作。 重故障（do）：控制回路加電后變頻器循環(huán)自檢后的結(jié)果反饋。若運行時發(fā)生“重故障”信號，“運行”狀態(tài)信號隨即丟失，則變頻器立即封鎖控制脈沖并停止輸出功率，并進入待機重啟的程序，在設(shè)定的時間內(nèi)（默認5秒），多次伺機自動重啟。若重啟成功后，變頻器重新輸出功率，“重故障”信號立刻消失，“運行狀態(tài)”信號隨即重現(xiàn)。 待機

6、狀態(tài)（do）：給變頻器送高壓后，單元中電容直流電壓65%后，該信號自動產(chǎn)生，表示變頻器等待接收“啟動”指令。運行狀態(tài)輸出功率時，“待機狀態(tài)”立刻消失。 運行狀態(tài)（do）：變頻器工作在輸出功率狀態(tài)。運行過程中，“重故障”產(chǎn)生時，“運行狀態(tài)”信號會 丟失。 停止狀態(tài)（do）：變頻器沒有輸出功率的狀態(tài)。運行過程中，“重故障”自動消失時，“停止狀態(tài)”會 消失。 工頻狀態(tài)（do）：指旁路柜中隔離刀閘、接觸器等開關(guān)設(shè)備的組合狀態(tài)，均分合到了工頻位置。與“變頻狀態(tài)”信號相反。 變頻狀態(tài)（do）：指旁路柜中隔離刀閘、接觸器等開關(guān)設(shè)備的組合狀態(tài)，均分合到了變頻位置。與“工頻狀態(tài)”信號相反。 遠程控制（d0）：遠

7、方可以驅(qū)動變頻器的“啟動”、“停止”、“急?！薄ⅰ皬?fù)歸”、“變頻轉(zhuǎn)工頻”、“工頻轉(zhuǎn)變頻”指令。頻率給定方式不受此 控制。 就地控制（do）：變頻器現(xiàn)場可以驅(qū)動變頻器的“啟動”、“停止”、“急?！薄ⅰ皬?fù)歸”、“變頻轉(zhuǎn)工頻”、“工頻轉(zhuǎn)變頻”指令。頻率給定方式不受此 控制。 關(guān)風(fēng)門/閥門信號：（do）：變頻器在故障停機，自動轉(zhuǎn)到工頻時通知用戶關(guān)風(fēng)門/閥門信號，最長一分鐘的脈沖信號，或當接收到風(fēng)門/閥門位置反饋信號，此信號就會消失。 2.2 風(fēng)機自動旁路柜的接線方案 圖2 風(fēng)機變頻電氣一次接線原理圖 該方案由3個真空接觸器j1、j2、j3以及2個高壓隔離開關(guān)k1、k2組成，其中j1、j2、j3為高壓真

8、空接觸器，用于變頻和工頻的切換。k1和k2為高壓隔離開關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器及真空斷路器檢修時拉開，用于電機工頻運行情況下對變頻器及真空接觸器進行安全檢修；并且j1、j2與j3電氣互鎖，防止電機同時工/變頻運行。qs為原風(fēng)機電機高壓斷路器。變頻器功率單元柜由15個功率單元組成，每5個功率單元串聯(lián)組成一相，三相y型連接。當其中某一相某個功率單故障時，同時切除其他兩相對應(yīng)功率單元，不影響引風(fēng)機的正常運行。 同時，為了保證引風(fēng)機電機及變頻器安全、可靠、長周期運行，系統(tǒng)還設(shè)置有下列聯(lián)鎖保護。 變頻器啟動允許條件：風(fēng)機高壓斷路器合閘條件保持原有條件不變，變頻器啟動允許條件為變頻器備妥及風(fēng)

9、機入口擋板關(guān)閉，變頻器備妥包括變頻器無重故障報警，k1、j1和k2、j2合閘，高壓斷路器已合閘。 高壓斷路器能夠合閘的條件：就是變頻器需要保持待機狀態(tài)，這樣就能進一步表明變頻器的自我檢查符合要求，能夠進行高壓操控。這個接點處需要與高壓開關(guān)的合閘進行串聯(lián)，完成后才能進行合閘。這個接點只有在閉合時才能正常工作。 工頻高壓斷路器的分閘處理：小車的位置發(fā)出有效信號后，接點處進行閉合，這樣高壓斷路器就已經(jīng)完成分閘，而高壓斷路器進行合閘時，這個接點就會斷開。這個接點需要是無源的干接點。 緊急情況下的高壓分斷：這種情況發(fā)生的前提是變頻器出現(xiàn)了重大問題無法正常工作，變頻器就會自動運用斷路器qs進行高壓分斷。此

10、處接點會與高壓斷路器的分閘進行連接，閉合接點之后就要分閘。 3 節(jié)能分析 3.1 直接經(jīng)濟效益 根據(jù)風(fēng)機平方轉(zhuǎn)矩負載關(guān)系式：p/p0=（n/n0）3計算，式中p0為額定轉(zhuǎn)速n0時的功率，p為轉(zhuǎn)速n時的功率。以一臺鍋爐使用的900kw引風(fēng)機為例，運行工況為一天24小時連續(xù)運行，其中每天11小時運行在90%負荷（頻率按46hz計算，擋板調(diào)節(jié)時電機功耗按98%計算），13小時運行在50%負荷（頻率按20hz計算，擋板調(diào)節(jié)時電機功耗按70%計算），全年運行時間在300天為計算依據(jù)。 則每臺引風(fēng)機變頻調(diào)速運行時，每年的節(jié)電量為： w1=900111-（46/50）3300=657296.64kwh w2

11、=900131-（20/50）3300=3285360kwh wb=w1+w2=657296.64+3285360=3942656.64kwh 擋板開度時的節(jié)電量為： w1=900（1-98%）11300=59400kwh w2=900（1-70%）13300=1053000kwh wd=w1+w2=59400+1053000=1112400kwh 相比較節(jié)電量為：wb-wd=2830256.64kwh 每度電按0.4元計算，則采用變頻調(diào)速每年每臺引風(fēng)機可節(jié)約電費113.2103萬元。 3.2 間接收益 首先，可以促進電機的軟啟動，能夠減少頻繁操作引發(fā)的電機絕緣能力下降，進而增加電機的使用周期

12、。 其次，能夠運用變頻調(diào)節(jié)讓擋板全部打開，降低了能量損耗，完成勻速運轉(zhuǎn)，符合峰值的要求，減少了電能損耗。 再次，由于負荷減少導(dǎo)致轉(zhuǎn)速變小，進而降低了機械摩擦損耗，可以適當推遲風(fēng)機的維修時間，降低了維修成本。 最后，這樣還能實現(xiàn)高準確度的控制，提升抵抗干擾的能力，針對突發(fā)狀況能夠?qū)嵤┫鄳?yīng)的保護，確保電機以及風(fēng)機的穩(wěn)定工作。 4 結(jié)語 最近幾年，我國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，社會對電力行業(yè)的需求越來越高，電力供求之間出現(xiàn)了不平衡，我國很多地區(qū)都進行了限制用電、拉閘進行節(jié)能。人們重視節(jié)能主要是因為節(jié)能不僅可以推動生產(chǎn)，減少資金投入比例，還能提升經(jīng)濟效益。對于使用電力資源的我們來說，首先考慮的就是如何采取措施完成節(jié)能操作。經(jīng)過一系列研究我們可以發(fā)現(xiàn)，dcs控制體系能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設(shè)備的操控，這樣可以完善電力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電能的統(tǒng)一節(jié)能管理。把dcs系統(tǒng)融入到電子系統(tǒng)中，能夠有效提升電氣設(shè)施的工作效率，將會影響我國電力系統(tǒng)的自動化發(fā)展。 參考文獻 1 王常力.分布式控制系統(tǒng)（dcs）設(shè)計與應(yīng)用實例m.北京：電子工業(yè)出版社，2004. 2 馬菲.dcs控制系統(tǒng)的構(gòu)成與操作m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.