電廠給粉機變頻器改造實施方案

1、電廠給粉機變頻器改造方案作者：劉飛單位:一、電廠目前存在的問題隨著電力電子技術的發(fā)展，變頻器以其調(diào)速精確、使用簡單、保護功能齊全等優(yōu)點逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)速 控制裝置而得到廣泛應用；但由于國內(nèi)某些工廠的電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定， 導致變頻器在使用中產(chǎn)生了新的問題一 變頻器低壓跳閘。低電壓通常都是短時的，對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)影響較小， 而對變頻器則會產(chǎn)生低壓跳閘導致 電機停止，影響生產(chǎn)。特別是電廠內(nèi)部控制給粉機的變頻器低電壓跳閘，對電廠影響尤為嚴重。電廠控制給粉機的變頻器在遇到廠用電電壓瞬時低于變頻器的低電壓保護整定值（根據(jù)變頻器的型號不同該值也不同）時變頻器的低壓保護會動作，并同時會給FSSS鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)）

2、發(fā)出停止信號，這樣會導致FSSS直接停爐。而廠用電和給粉機母線的低電壓保護整定值通常低于該值，線路中的其它設備還在正常工作，給粉機變頻器跳閘，迫使FSSS停爐，給電廠帶來很大的經(jīng)濟損失，也是目前電廠面臨的比較大的問題，只有很好的解決該問題才能保證電廠安全、可靠、高效的正常運行。解決該問題的關鍵就是如何使變頻器在瞬時低電壓（該電壓值的大小取決于廠用電和給粉機母線的低 電壓的保護整定值）時還能正常工作。我們這次改造方案就是結合變頻器的工作原理，利用瞬時直流供電 原理，確保在電網(wǎng)瞬時低電壓時變頻器還能正常工作。我們根據(jù)電廠的實際情況，采用直流支撐技術（在變頻器直流側加不間斷直流電源提高變頻器的低電壓

3、跨越 能力）來解決目前電廠面臨的問題。采用此技術可確保：（1）、廠用交流電源瞬時低電壓時變頻器還能正常工作。（2）、在備自投切換過程中確保變頻器正常工作。二、研究開發(fā)和創(chuàng)新內(nèi)容、技術路線、技術指標及技術關鍵：變頻器是由整流器和逆變器兩部分組成。通過對變頻器的研究，變頻器低電壓指其中間直流回路低電壓（即逆變器輸入電壓過低）。一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護功能。變頻器的逆變器件 為GTR時，一旦失壓或停電，控制電路將停止向驅(qū)動電路輸岀信號，使驅(qū)動電路和GTR全部停止工作，電動機將處于自由制動狀態(tài)。 逆變器件為IGBT時，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個短時間td，若失壓或停電

4、時間to v td，變頻器將平穩(wěn)過度運行；若失壓或停電時間to >td，變頻器自我保護停止運行。一般td都在1525ms,只要電源“晃電”較為強烈，to都在幾秒鐘以上，變頻器自我保護停止運行， 使電動機停止運行。從電壓跌落到變頻器恢復正常運行，時間至少幾十秒鐘，此過程中 FSSS會發(fā)岀停爐信號，嚴重影響電廠的正常運行，針對該問題我們采用直流支撐技術，通過整流裝置、蓄電池組和各直流回路，對各變頻器的直流母線供電，并通過 PT傳感器、開關量數(shù)據(jù)采集等輸入PLC編程控制各直流回路的開合、靜態(tài)開關的導通等，當電網(wǎng)發(fā)生晃電甚至停電時，保障變頻器連續(xù)、穩(wěn)定、安全運行一定的時間，從而大幅度減少電 網(wǎng)電

5、壓波動對變頻器產(chǎn)生的影響，進而保障整個機爐安全度過晃電期。（一）、DC-BANK系統(tǒng)的原理工作原理圖：VVVF:變頻器，由AC/DC整流器、DC/AC逆變器等組成DC-BANK:由電池組、充電器、靜態(tài)開關、控制器等組成SS:靜態(tài)開關M:電動機（二）、性能特點結構合理可靠用DC-BANK系統(tǒng)直接向VVVF提供直流電源。和傳統(tǒng)的 UPS相比，減少了 AC/DC DC/AC兩次變換，硬件費 用減少，可靠性提高。常規(guī)UPS整流充電器與變頻器處于串聯(lián)狀態(tài)， 既要對電池充電，還須向逆變器提供額定直流功率， 而DC-BANK 充電器處于并聯(lián)狀態(tài)，平時只對電池浮充電，成本低，可靠性高。DC-BANK系統(tǒng)不影響

6、原來設備的全部工作狀態(tài)。電動機享有VVVF的軟啟動、調(diào)速等功能，并具備短路、接地故障和過載等保護特性。充電器具有穩(wěn)壓、限流功能。DC-BA N係統(tǒng)相關參數(shù)可以記錄、儲存和顯示。采用方便檢修維護的模塊化結構， 并聯(lián)使用。系統(tǒng)各回路完全獨立，檢修某回路VVVF及其控制保護電路等， 不影響其他回路工作。系統(tǒng)相關部件采用IGBT逆變功率器件和微處理器控制。靜態(tài)開關采用在線跟蹤和電壓自動監(jiān)控，保證主電源電壓波動和失電時，系統(tǒng)瞬時切換到電池供電，變頻器的輸岀頻率沒有變化。（三）、主要試驗設備介紹1、蓄電池1）蓄電池采用免維護閥控式全密封鉛酸電池。2）蓄電池的使用壽命為 712年。2、整流器整流器的功率逆變

7、管采用進口快速IGBT，其余元件采用進口工業(yè)等級器件，生產(chǎn)工藝嚴格完整，保證機器的可靠性和穩(wěn)定性。 輸岀電壓和電流均可連續(xù)調(diào)節(jié)。具有強大的保護功能（輸入過流、過壓、欠壓保護；輸岀短路，過流，過壓保護；整機過熱保護）。3、靜態(tài)開關靜態(tài)開關采用大功率器件組成直流電子開關。當電網(wǎng)供電正常時，開關處于關斷狀態(tài)，切斷電池組與 變頻器的通路，防止電池組在浮充電或均充電時，因端電壓高于交流進線經(jīng)整流后輸出的直流電壓引起頻 繁放電；當交流電源低于變頻器低壓保護值時 （以變頻器的品牌而定 ） ，監(jiān)控系統(tǒng)觸發(fā)直流電子開關瞬間導 通，可以做到變頻器由交流供電和由電池組供電的瞬時轉(zhuǎn)換。靜態(tài)開關工作條件 截止條件：變頻

8、器沒有運行或變頻器運行且市電正常。 導通條件：變頻器運行且市電晃電或停電 （備自投切換時 ） 。4、智能控制系統(tǒng)根據(jù)需要用一臺或多臺西門子 S7-200可編程控制器和HMI（觸摸屏）組成帶有人機操作界面的監(jiān)控系統(tǒng)， 其功能為：充電模塊輸出電壓設定，充電電流限值設定，本系統(tǒng)的起停操作，運行參數(shù)顯示，變頻器工作 狀態(tài)顯示，故障報警存儲以及按需要和上位機通訊實現(xiàn)四遙功能。系統(tǒng)監(jiān)控由系統(tǒng)控制器、切換控制器、電池檢測器及分路檢測器等主要部件組成，各部件均有單片機進行控制，監(jiān)控系統(tǒng)是通過 RS485進行數(shù)字化連接以完成系統(tǒng)的通信與控制。各部件主要功能如下：1）系統(tǒng)控制器：實現(xiàn)人機交流、 系統(tǒng)參數(shù)顯示、 系

9、統(tǒng)指示、系統(tǒng)設置、 歷史事件的存儲及遠程通信等功能。2）切換控制器：負責系統(tǒng)各路電壓及市電的監(jiān)測以實現(xiàn)系統(tǒng)安全可靠快速的切換。3）電池檢測器：負責電池自動化管理和及監(jiān)測。4）分路檢測器：負責輸出各分路的負載狀況 （正常、開路、短路、未裝等 ）的檢測。5、安全保護此系統(tǒng)都是安裝在配電柜內(nèi)的。 配電柜符合 IP20 要求， 由能承受一定機械應力、 電氣應力及熱應力材 料構成。（ 四） 、本系統(tǒng)的工作模式 本系統(tǒng)有三種工作模式：1）、正常工作模式：由電網(wǎng)通過具有雙變換及軟起動功能的VVVF驅(qū)動電動機，充電器對電池浮充電。2）、斷電工作模式：靜態(tài)開關開通，電池通過VVVF驅(qū)動電動機；電網(wǎng)恢復，系統(tǒng)自動

10、恢復正常工作。轉(zhuǎn)換過程不斷電。3）、檢修工作模式：每個回路相對獨立，n臺PLC分路獨立管理n臺VVVF并對直流系統(tǒng)監(jiān)控。在工作現(xiàn)場通常都是電機群，我們只需設計一套系統(tǒng)就可以解決問題。下圖是多臺電機的工作模式圖；DC BANK| i多臺電機工作模式：M1, M2 M3同時設計于同一控制系統(tǒng)中為低壓電機群的工作模式；檢修模式：VVVF1檢修，VVVF2和 VVVF3處于工作模式，直流由 SS和直流熔斷器等隔離。三、現(xiàn)有的設備和實驗條件電廠提供的現(xiàn)場條件：爐4臺，每臺爐有2.2KW給煤粉機8臺，總計：電動機總數(shù)：32臺；電動機總功率70.4KW;變頻器均為三菱品牌（型號為：FR-E540-3 7K-

11、CH 3.7KW）電廠提供的現(xiàn)有實驗條件：一路 380V/60A 3P+N+PE 電源.被保護變頻器的狀態(tài)干節(jié)點給DC-BANK.被保護變頻器電源狀態(tài)的 PT取信號電源。 排粉機信號被保護變頻器二次接線圖。有關的工程設計條件。包括被保護變頻器盤內(nèi)布置圖。四、配置DC BANK系統(tǒng)的主要內(nèi)容：（一）系統(tǒng)組成1、設備基本參數(shù)：DC-BANK輸出功率 70.4KW。直流輸岀回路32路，支持32臺變頻器。電池放電時間：70.4KW >2 分鐘。2、設備基本組成及柜體安排根據(jù)現(xiàn)場情況擬一個 DC-BANK系統(tǒng)，其中：整流器柜 一臺直流控制柜 四臺蓄電池柜 一臺因為整套蓄電池重量在 2.7 噸左右，

12、蓄電池固定及連接方法應根據(jù)現(xiàn)場情況決定，采用電池柜還是電 池架。柜體具體安排：ZL柜；冗余高頻 DC 530V/10A 2臺充電器、含有 HMI屏的系統(tǒng)測控。 AC/DC 24V、DC/DC 24V構成冗余 的控制電源、系統(tǒng)變壓器、保護單元。-32 條支撐回路 每一條支撐回路中，含有靜態(tài)開關、直流接觸器、直流熔斷器、直流隔離模塊，光電檢測繼電器、PLC等蓄電池組：共有一組 HZS12V-200AH/ 39 節(jié)電池組成，分別由法國施耐德公司生產(chǎn)的 630A/1200V 直流空 氣開關分合并作短路保護，支撐被保護系統(tǒng)滿載時10 MIN 的后備保護。各柜有自己獨立的PLC系統(tǒng)，與HMI采用串行通訊的

13、方法傳遞數(shù)據(jù)。- 柜體安排：根據(jù)現(xiàn)場現(xiàn)有的施工條件。具體現(xiàn)場的情況目前不了解，因此柜體的安排可有二種方法：1）、將系統(tǒng)的全部柜體集中定位在四臺發(fā)電機組中相對最中心的位置的那臺機組的控制室中，支撐系統(tǒng)分 別與每一個變頻器連接。2）、將四臺發(fā)電機組分成二組，主控制柜與其他三臺控制柜之間用50平方毫米的電纜輸送直流電壓， 然后再由直流柜分別對其處理的變頻器進行直流支撐。3方案的最終確定實施時：我們會提供：電廠系統(tǒng)就位的平面布置圖。設備基礎安裝圖。電氣條件圖、設備荷重圖各一份，可用電子版發(fā)送。（二）、執(zhí)行的有關標準及規(guī)范GB17478-1998 低壓直流電源設備的輸出性能特性和安全要求JB/T8948

14、-1999 電控設備用低壓直流電源B4208-1993 外殼保護等級（ IP 代碼）GB4026-1992 設備接線端子和規(guī)定電線端鑒別標志以及、文字和數(shù)字系統(tǒng)一般應用原則GB50150-91 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗GB50168-92 電氣裝置安裝工程電氣電纜線路施工及驗收GB50172-92 電氣裝置安裝工程蓄電池施工及驗收規(guī)范GB50254-92 電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收GB50171-92 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路結線施工及驗收規(guī)范（三）、系統(tǒng)的環(huán)境要求：使用場所：使用環(huán)境：戶內(nèi) 無爆炸性氣體及粉塵環(huán)境溫度：-10C +40°C;電池室 5C -

15、30C相對濕度：90%未結露海拔高度：1000 米以下（四）、系統(tǒng)指標：1、輸入電壓：380 + 10%VAC, 3P+N+PE頻率：50HZ + 1%。2、結構要求1 ） 每組直流電源柜為落地安裝式,防護等級： IP202） 進出線方式：下進下出線或按現(xiàn)場要求。3） 電控柜尺寸：800X600X 2200 （WKDXH）電池柜尺寸：1320X600X2200 （VXDXH）上述電氣柜外形尺寸 （ 包括是否前后開門 ）根據(jù)現(xiàn)場要求。4）整流器柜體頂部加裝 2個風扇,下側設有帶濾網(wǎng)的進風口。5）每個柜均有銘牌,標明其功能。3、功能要求1）當變頻器交流進線電源故障（失壓或短時停電）時,變頻器在該系

16、統(tǒng)保護下,在設計時間內(nèi)連續(xù)正常 運轉(zhuǎn)。2） DC-BANK系統(tǒng)在線工作，變頻器供電電源由交流三相380V轉(zhuǎn)至直流530V供電時無間斷。3） 電池組的備用時間根據(jù)設計,不少于10分鐘（暫定）。4） 在電池組放電過程中，若三相電源恢復正常，則變頻器供電自動切換至三相380V交流電源。5）進線電源停電超過 3秒鐘（暫定），應自動分斷直流接觸器，變頻器停止工作。6）具備系統(tǒng)自診斷及故障顯示功能。7）為延長蓄電池的使用壽命 ， 充電系統(tǒng)具備“均充”與“浮充”功能，且能自動轉(zhuǎn)換。均充電壓應達到560V，浮充電壓應達到 530V（HMI可調(diào)）。在正常操作期間，電池應處于浮充狀態(tài)。8 ） 電池組具備以下功能：

17、定時均充：即在每隔1-3個月（HMI可設定）自動均充一次。 欠壓均充：即電池放電至欠壓時，自動進行均充（交流正常時）9） 具備各種工作狀態(tài)指示燈。4、主要元器件選用說明 為了保證該系統(tǒng)安全、可靠的運行，我們通過多次實驗和反復研究決定了元器件的型號。1）電池組：使用中美合資海志蓄電池有限公司系列全密封免維護鉛酸蓄電池，七年設計壽命。2）直流斷路器、接觸器、繼電器、熔絲、按鈕、指示燈等A、 電池輸出開關選用梅蘭日蘭空開3極串聯(lián)，提高分斷能力，帶熱磁脫扣，速斷容量2Ie。B、直流熔斷保險采用法國 Ferraz產(chǎn)品。速熔保險有熔斷指示，所有速熔保險整體結構適合帶電操作。C接線端子。采用 Weidmul

18、ler產(chǎn)品。D直流接觸器用國產(chǎn)西星，繼電器為歐姆龍產(chǎn)品。E、靜態(tài)開關模塊采用鞍山泰利德公司產(chǎn)品。F、控制PLC選用西門子S7-200系列產(chǎn)品G控制柜選用國產(chǎn)標準電控柜。H電池柜選用上海飛立電器廠產(chǎn)品。I、采用5.7觸摸屏，用以完成系統(tǒng)的運行控制。以報表和數(shù)據(jù)形式顯示設備的運行狀態(tài)、報警記錄等，并可即時修改設備的運行參數(shù)。在觸摸屏上存貯每次晃電時間，記錄時間精確到秒。最少存貯最近的100次晃電時間。J、 DC24V空制電源：1路DC/DC模塊，選用廣東合資廠產(chǎn)品，輸入電源取自直流母線。另一路選用380V/18.5V變壓器及進口橋堆。其輸入電源取自380V AG 2路DC24V由二極管隔離后并接輸

19、出。正常使用整流器回路的供電。K充電機：選用廣東中聯(lián)電子有限公司產(chǎn)品。 輸入電壓為380VA±15%輸出(浮充電壓值):530V , 480V-560V 可調(diào)，輸出電流15A,三組冗余并聯(lián)，充電器紋波電壓值±2%L、導線：一次接線采用適合相應電流電壓等級的銅芯導線或銅排。單元內(nèi)的二次接線采用最小截面為：電 流回路2.5mm2,電壓回路1.5mm2所有端子連接片為壓緊型，所有端子適宜鏟形連接片的連接，線路兩端都要帶永久線標。所有柜內(nèi)端子接線滿足外部電力電纜終端和控制電纜接線端子的要求。M指示燈、按鈕采用上海二工電器廠產(chǎn)品。N直流配電所用元件及控制柜均符合所用場合的電壓、電流要

20、求。所有斷路器均應有過負荷熱保護并有合適的電流定值，且所有斷路器在岀廠前按定值進行校驗。配電柜側應考慮所有屏蔽電纜的接地。五、控制邏輯說明：上圖為DC-BANK與變頻器控制邏輯簡圖邏輯控制說明1.變頻器啟動；停止控制邏輯根據(jù)變頻器的原理，變頻器在交流供電或直流供電正常情況下在接受到啟動接點指令后，即可投入運行。在變頻器正常運行后有一反映變頻器運行狀態(tài)的接點信號閉合。變頻器運行調(diào)速指令由 DCS或PLC送來的4-20mA模擬信號實現(xiàn)。2直流支撐系統(tǒng)與變頻器的邏輯配合(1)直流支撐系統(tǒng)的組成a. 直流電源b.回路保護開關c.回路靜態(tài)開關d.回路直流接觸器e.控制PLC f.母線電壓監(jiān)測繼電器(2

21、)該系統(tǒng)的PLC控制邏輯a. 控制PLC輸入邏輯條件有：變頻器運行狀態(tài)接點信號， 母線電壓監(jiān)測信號。要求加FSSS保護動作信號， 排粉機的的工作狀態(tài)信號。b. 控制PLC輸出邏輯條件有：變頻器、排粉機運行正常且FSSS未給出保護動作信號時，直流接觸器合上，直流支撐系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài) ， 否則直流接觸器斷開，直流支撐系統(tǒng)處于冷備用。 變頻器、 排粉機運行正常 時，母線電壓V350VAC可調(diào)節(jié))且FSSS未給出保護動作信號時,PLC向靜態(tài)開關送出24VDC控制電壓，靜態(tài) 開關導通；母線電壓恢復且 FSSS未給出保護動作信號時，PLC撤出靜態(tài)開關閉鎖指令。c. 母線電壓正常條件下直流支撐系統(tǒng)投入過程

22、變頻器電源端送入正常電壓，變頻器受電，內(nèi)部CPU準備運行；控制設備，DCS或PLC或控制繼電器送來啟動運行指令。電機按模擬控制4- 20mA電流決定變頻器拖動電機的運行轉(zhuǎn)速；等到系統(tǒng)正常運行后變頻器狀態(tài)接點閉合。直流支撐系統(tǒng)控制 PLC 接受到變頻器運行狀態(tài)指令后，向直流接觸器 MF 發(fā)出合閘指令，如果該回路的空 開 QF 合閘，這時該回路在熱備份狀態(tài)。本次操作結束。d. 變頻器電源失電， PLC 及靜態(tài)開關都測到變頻器失電信息。1) PLC測到了母線電壓V 350VAC信號而發(fā)出靜態(tài)開關合閘指令。2) 靜態(tài)開關測到變頻器直流母線電壓V460VAC而快速導通。 變頻器電力迅速由母線供電轉(zhuǎn)入直流

23、支撐系統(tǒng)供電。變頻器保持連續(xù)不間斷運行。e. 變頻器電源供電恢復時其直流環(huán)節(jié)的電壓應立刻上升；母線電壓恢復使得PLC 重新得到電壓正常信號而撤出靜態(tài)開關閉鎖指令。當變頻器直流母線電壓 >直流支撐系統(tǒng)母線電壓，并且PLC撤出閉鎖指令后靜態(tài) 開關立即關閉。電機在這一過程中仍然保持不間斷運行。在充電器作用下對放過電的電池組補充電。f. 母線電壓連續(xù)在 85%上下波動。母線電壓一旦 V350VAC (>85%)直流支撐系統(tǒng)即自動投入 ，由蓄電池 直接向變頻器的直流母線供電。母線恢復正常值后 PLC 延時 2s 才撤出靜態(tài)開關閉鎖信號。g. 根據(jù)用戶工藝條件，在蓄電池供電數(shù)秒鐘后 PLC自行

24、切斷直流接觸器， 具體延時多長時間可在調(diào)試時確五 系統(tǒng)安全性1) DC-BANK系統(tǒng)與變頻器組成的電機不停電系統(tǒng)具有十分高的系統(tǒng)安全性。DC-BANK與變頻器是分布式結構，變頻器應用 DC-BANK后完全不影響原有的使用方式及性能，在市電正常時DC-BANK僅作為后備電源。這時候的DC-BANK退出，投入不會對原變頻器產(chǎn)生任何影響。2) DC-BANK與變頻器之間有十分可靠的隔離保護設計，當一臺變頻器出現(xiàn)故障，不會影響其它變頻器正常 運行。3) 在檢測維修時，每回路 DC-BANK均可單獨與母線分離，以便于維修。4) DC-BANK上有備保護變頻器市電晃電、失電、充電壓實時紀錄，運行工程師可在事后在HMI上查詢紀 錄精度在秒。