廣元博能再生能源有限公司 江承林

高壓變頻器在垃圾焚燒發(fā)電廠引風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用

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本文介紹了高壓變頻器在某垃圾焚燒發(fā)電廠的余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用。采用高壓變頻器，實現(xiàn)了引風(fēng)機(jī)電動機(jī)的軟啟動和調(diào)速節(jié)能。概述了垃圾焚燒發(fā)電的工藝流程，主要論述了風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能的原理，提出了系統(tǒng)設(shè)計方案并著重描述了控制要求和操作功能、電氣系統(tǒng)主回路設(shè)計和高壓變頻器與電廠APROL DCS系統(tǒng)的接口電路設(shè)計。最后分析了變頻調(diào)速方案的優(yōu)勢和節(jié)能效果。

鍋爐引風(fēng)機(jī)；高壓變頻器；變頻調(diào)速；節(jié)能原理

垃圾焚燒可以實現(xiàn)垃圾處理的減量化、資源化、無害化，并回收其熱量用于發(fā)電和供熱等。垃圾焚燒處理已成為一些發(fā)達(dá)國家處理垃圾的主要方式。

垃圾焚燒發(fā)電項目主要是利用生活垃圾作為原料進(jìn)行焚燒處理，產(chǎn)生的余熱回收進(jìn)行發(fā)電，其中“以處理為主，發(fā)電為輔”是該類型項目的顯著特點，也決定其顯著的社會效益。

垃圾焚燒發(fā)電是一項以焚燒處理城市生活垃圾和利用垃圾焚燒產(chǎn)生的余熱發(fā)電的環(huán)保工程，具備較為明顯的社會影響。它的主要社會效益有：解決垃圾污染環(huán)境問題，提高當(dāng)?shù)鼐用裆钏剑辉黾影l(fā)電量，提供就業(yè)機(jī)會；促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

根據(jù)估算，一個日處理量為1000噸的垃圾焚燒發(fā)電廠年可處理垃圾36.5萬噸，發(fā)電1億度左右，相當(dāng)于節(jié)約3萬多噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

某城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目總投資近4億元，總占地面積近5萬平方米。該垃圾發(fā)電廠的規(guī)模為日處理生活垃圾700噸，裝設(shè)2臺日處理量為350噸的垃圾焚燒爐，相應(yīng)配套2臺余熱鍋爐。余熱鍋爐產(chǎn)生的熱蒸汽通過1臺12MW的汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，每噸垃圾可產(chǎn)生不低于250kWh的電能，可實現(xiàn)能源的綜合利用。

2臺余熱鍋爐各配1臺引風(fēng)機(jī)，其電動機(jī)采用額定功率為450kW的10kV高壓變頻電機(jī)。高壓變頻柜自帶旁路柜，帶變頻電機(jī)尾端3kW散熱風(fēng)機(jī)控制回路。選配500kW或以上功率變頻器。根據(jù)鍋爐負(fù)荷的大小，采用變頻器調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)電機(jī)的出力，以實現(xiàn)電動機(jī)平滑啟動和高效節(jié)能。

1　垃圾焚燒發(fā)電工藝概述

垃圾焚燒作為一種成熟的垃圾處置方法，在國內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用。但其受各國技術(shù)力量、經(jīng)濟(jì)實力以及當(dāng)?shù)乩匦缘挠绊懀に嚭图夹g(shù)也各不相同，但最基本的工藝和技術(shù)組合形式大致是相同的。

垃圾焚燒發(fā)電是通過垃圾干燥、燃燒和燃燼三個階段，讓垃圾在850℃至1100℃的高溫下充分燃燒。焚燒中，可通過DCS系統(tǒng)和自動燃燒控制系統(tǒng)即時監(jiān)控和調(diào)整爐內(nèi)垃圾的燃燒工況，及時調(diào)節(jié)爐排運行速度和燃燒空氣量。焚燒垃圾產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生過熱蒸汽，推動汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。電能通過電網(wǎng)輸送到各地，實現(xiàn)垃圾的資源化處理。

垃圾進(jìn)入焚燒爐經(jīng)過干燥、燃燒、燃燼過程，使腐敗性的有機(jī)物因燃燒而成為無機(jī)物，病原性生物因在高溫焚燒下死滅。

圖1 典型的垃圾焚燒處理發(fā)電工藝流程圖

如圖1所示，該垃圾焚燒發(fā)電項目的整個工藝流程包括了垃圾接收、焚燒及余熱利用、煙氣凈化處理、灰渣收集處理等系統(tǒng)。

余熱鍋爐以水為工質(zhì)吸收高溫?zé)煔庵械臒崃?，產(chǎn)生4.0MPa，400℃的蒸汽，供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。產(chǎn)生的電力除供本廠使用外，多余電力送入地區(qū)電網(wǎng)。

2　風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能的原理

以往，對風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械裝置采用擋板 、閥門來進(jìn)行風(fēng)量和流量控制，造成了大量的能源浪費。現(xiàn)在普遍采用電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式來實現(xiàn)節(jié)能，雖然調(diào)速有多種方式，但是其中應(yīng)用得最為廣泛的是變頻調(diào)速方式。風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能的理論分析如下：

2.1風(fēng)機(jī)的參數(shù)和特征

（1）風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)

風(fēng)量Q：單位時間流過風(fēng)機(jī)的空氣量（m3/s）；

風(fēng)壓H：空氣流過產(chǎn)生的壓力。其中風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機(jī)的全壓Ht（Pa），它是由靜壓Hg和動壓Hd組成，即Ht=Hg+ Hd；

功率P：風(fēng)機(jī)工作有效總功率Pt=QHt（W）。如風(fēng)機(jī)用有效靜壓Hg，則Pg=QHg；

效率η：風(fēng)機(jī)的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給空氣，因此可以用風(fēng)機(jī)效率這一參數(shù)衡量風(fēng)機(jī)工作的優(yōu)劣，按照風(fēng)機(jī)的工作方式及參數(shù)的不同，效率分別有：

全壓效率ηt=QHt/P

靜壓效率ηg=QHg/P

（2）風(fēng)機(jī)的特性曲線

表示風(fēng)機(jī)性能的特性曲線有：

H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性；

P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性（如圖2中的曲線3）；

η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時，風(fēng)機(jī)的效率特性。

對于同類型的風(fēng)機(jī)，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速n1和n2時的H-Q曲線如圖2所示。

圖2 風(fēng)機(jī)特性H-Q曲線

由流體力學(xué)理論可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從n1變到n2時，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及風(fēng)機(jī)軸功率P的量值變化關(guān)系如下：

風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速成正比，即Q2/Q1= n2/ n1（1）

風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，即H2/H1=(n2/n1)2（2）

軸功率P與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即P2/P1=(n2/n1)3（3）

2.2管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線

當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻R保持不變時，風(fēng)量與透風(fēng)阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即風(fēng)量與透風(fēng)阻力K按阻力定律變化，即

式（4）中： K為透風(fēng)阻力，Pa；R為風(fēng)阻，kg/m2；Q為風(fēng)量，m3/s。

K為Q的拋物線關(guān)系稱為風(fēng)阻特性曲線，如圖3所示。顯然，風(fēng)阻越大則曲線越陡。

圖3 風(fēng)阻特性K-Q曲線

在風(fēng)機(jī)特性H-Q曲線圖（圖2）中，R風(fēng)阻特性K-Q曲線與H-Q曲線相交的點成為工作點。同一風(fēng)機(jī)的兩種不同轉(zhuǎn)速n1、n2時的H-Q曲線與風(fēng)阻特性曲線1相交的工作點分別為A及C，與風(fēng)阻曲線2相交的工作點為B及D。

2.3電動機(jī)容量計算

風(fēng)機(jī)電動機(jī)所需的輸出軸功率P與風(fēng)量和風(fēng)壓的乘積成正比，與風(fēng)機(jī)效率和傳動裝置效率的乘積成反比。

式（5）中：ηT為風(fēng)機(jī)的效率；ηF為傳動裝置的效率。

當(dāng)風(fēng)量需求減少時，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速下降可使功率降低很多。例如，當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速均下降到80%時，功率將降低到額定功率的51%；當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速均下降到60%時，功率將降低到額定功率的21%。風(fēng)機(jī)特性曲線見圖2，其中曲線3為恒速下的功率——風(fēng)量特性。

A為額定工作點（額定轉(zhuǎn)速和額定風(fēng)量），此時輸出風(fēng)量Q1為100%，效率最高，軸功率P1正比于H1與Q1的乘積，相當(dāng)于圖2中AH1OQ1面積。

2.4引風(fēng)機(jī)的節(jié)電方法及節(jié)能原理

從上述介紹可知，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q、風(fēng)壓H和軸功率P分別與轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比，因此可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來節(jié)約電能。

由圖2所示的風(fēng)機(jī)特性曲線可比較以下兩種方式的節(jié)能效果：

（1）調(diào)節(jié)入口擋板開度以改變管路特性曲線

引風(fēng)機(jī)采用入口節(jié)流調(diào)節(jié)：當(dāng)風(fēng)量由Q1減少到Q2時，管路特性曲線由曲線1變?yōu)榍€2，系統(tǒng)工作點由點A移至點B。風(fēng)量降低了，但風(fēng)壓由H1升高到H2，軸功率P2正比于H2與Q2的乘積，相當(dāng)于圖中BH2OQ2面積，相對于面積AH1OQ1，功率減少不多。

（2）采用變頻調(diào)速模式以改變風(fēng)機(jī)特性曲線

引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速方法：依靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制風(fēng)量，此時擋板全開，基本無節(jié)流損耗。當(dāng)風(fēng)量由Q1減少到Q2時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，工況點A沿管網(wǎng)阻力曲線1降至C點，風(fēng)壓降為H3，軸功率P3正比于H3與Q2的乘積，相當(dāng)于圖中CH3OQ2，功率明顯減小，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

節(jié)省的功耗△P正比于△H與Q2的乘積，相當(dāng)于圖中面積BH2OC。

因此可以直觀地從圖形上看到，采用變頻調(diào)速比調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板能節(jié)約大量的能量，也就是說，采用變頻調(diào)速是一種引風(fēng)機(jī)節(jié)能的好方法。

（3）輸入功率計算

① 采用閥門或擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)

根據(jù)風(fēng)機(jī)理論，風(fēng)機(jī)運行時在需要風(fēng)量變化時，可以采用閥門或擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸入功率的計算公式為：

式（6）中：Hnn=U-(U-1) Q2nn，U為系統(tǒng)風(fēng)量為零時風(fēng)壓力極值。

所以，采用風(fēng)門擋板時的風(fēng)機(jī)輸入功率為：

上式中：Pnn為某個狀態(tài)下的輸入功率標(biāo)幺值；Hnn為某個狀態(tài)下的壓力標(biāo)幺值；Qnn為某個狀態(tài)下的流量標(biāo)幺值；P為額定狀態(tài)下的輸入功率。

② 采用變頻調(diào)速方式

異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：

風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q、風(fēng)壓H、功率P與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系為：

風(fēng)量 Q∝n

風(fēng)壓 H∝n2

功率 P∝n3

設(shè)額定風(fēng)量為Q0，額定功耗為P0；所需風(fēng)量為Q1，功耗為Pg.in；由上述正比關(guān)系得出變頻器的輸入功率為：

考慮到變頻器和電機(jī)效率后，輸入功率為：

式（10）中：P0為被拖動的電機(jī)的軸功率；η1為被拖動的電機(jī)效率；η2為變頻器效率。

3　電氣系統(tǒng)設(shè)計

3.1控制需求與操作功能說明

3.1.1 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

（1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

主要和輔助設(shè)備的設(shè)計、制造、試驗、調(diào)試、驗收等必須符合做技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1：

表1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（2）高壓變頻器相關(guān)技術(shù)規(guī)范

該高壓變頻器的技術(shù)規(guī)范和指標(biāo)如表2所示。

表2 高壓變頻器的技術(shù)規(guī)范

3.1.2 引風(fēng)機(jī)的運行方式

（1）正常情況下，引風(fēng)機(jī)以變頻方式運行，考慮到高壓變頻器有可能發(fā)生故障，所以還配備了工頻運行的方式。但希望盡可能在變頻方式下運行。

（2）在變頻方式下，引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板必須保持全開，并閉鎖其投自動，通過改變變頻器的頻率（或轉(zhuǎn)速）的設(shè)定值調(diào)整引風(fēng)機(jī)的出力；在工頻方式下，閉鎖變頻器的頻率或轉(zhuǎn)速投自動，仍用入口調(diào)節(jié)擋板調(diào)整引風(fēng)機(jī)的出力。

3.1.3 操作方式

高壓變頻器應(yīng)能接受電廠機(jī)組分布式控制系統(tǒng)（DCS，采用貝加萊的APROL系統(tǒng)）的控制指令和參數(shù)設(shè)置，并向DCS反饋高壓變頻器的主要狀態(tài)信號、運行參數(shù)和故障報警信號。高壓變頻器同DCS接口一般采用硬接線方式。變頻器配置了RS 485通訊接口，支持電廠所用的通訊協(xié)議，如Modbus RTU、PROFIBUS等。高壓變頻器旁路柜內(nèi)部開關(guān)，采用遠(yuǎn)方操作，并實現(xiàn)電氣閉鎖。

為實現(xiàn)對變頻引風(fēng)機(jī)的啟?？刂萍稗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在DCS顯示和控制中設(shè)計了以下功能：

（1）通過DCS系統(tǒng)實現(xiàn)高壓變頻器的啟/停操作，用于遠(yuǎn)方啟/停高壓變頻器。

（2）DCS控制高壓變頻器的輸出頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速），以實現(xiàn)引風(fēng)機(jī)變頻器的手/自動控制。

（3）在DCS系統(tǒng)的顯示和報警信息中納入高壓變頻器的各類故障報警信息和變頻、工頻運行狀態(tài)。

設(shè)置了引風(fēng)機(jī)變頻控制、工頻控制操作模式，以及引風(fēng)機(jī)變頻順序起、變頻順序停、工頻順序起、工頻順序停等相關(guān)邏輯。在各邏輯中，按設(shè)備運行要求實施對變頻器的操作；另外，還配備了變頻器緊急斷開引風(fēng)機(jī)電源的開關(guān)邏輯和用事故按鈕斷開變頻器的硬接線。

3.1.4 高壓變頻器的控制方式及控制邏輯

（1）控制方式

高壓變頻器控制方式分為就地及遠(yuǎn)方控制2種。就地控制時，DCS輸出的頻率（轉(zhuǎn)速）命令信號被電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速反饋信號跟蹤，此時，對高壓變頻器的遠(yuǎn)方操作無效。

高壓變頻器受DCS控制時分自動和手動2種方式。手動狀態(tài)時，運行人員通過改變相關(guān)操作畫面中電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊的頻率設(shè)定值來控制高壓變頻器的輸出頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速），以實現(xiàn)對負(fù)壓的調(diào)節(jié)。

（2）引風(fēng)機(jī)高壓變頻器的啟動允許條件

高壓變頻器的啟動必須具備以下3個條件：

① 引風(fēng)機(jī)的高壓部分已啟動完成（高壓開關(guān)必須合閘）；

② 引風(fēng)機(jī)的高壓變頻器就地啟動準(zhǔn)備好信號有效（從PLC送來）；

③ 引風(fēng)機(jī)的高壓變頻器的頻率（轉(zhuǎn)速）設(shè)定值應(yīng)低于30%額定頻率。

由于高壓變頻器啟動的前提為引風(fēng)機(jī)電機(jī)高壓開關(guān)必須合閘及啟動反饋信號為1，且全部引風(fēng)機(jī)工頻啟動的條件也在整個邏輯中起作用。另外考慮到高壓變頻器就地控制的實際條件，加入了高壓變頻器就地PLC送來的準(zhǔn)備好信號和引風(fēng)機(jī)變頻準(zhǔn)備好信號作為啟動的另一條件。

由于高壓變頻器輸出頻率（轉(zhuǎn)速）設(shè)定模塊中的設(shè)定值可能在一個較高的量值上，而這時啟動高壓變頻器必然會使?fàn)t膛負(fù)壓產(chǎn)生較大的擾動，而且容易造成運行誤操作，所以在啟動中加入了頻率設(shè)定值必須＜30%額定值的限制。

（3）高壓變頻器速度自動調(diào)節(jié)的開關(guān)量控制

在工頻運行方式下，當(dāng)引風(fēng)機(jī)的擋板開度調(diào)節(jié)投入自動時，將會閉鎖高壓變頻器的轉(zhuǎn)速自動控制。另外當(dāng)偏差回路中的值超過一定值(如定為50%)時，將自動切除高壓變頻器自動控制。當(dāng)爐膛負(fù)壓信號發(fā)生故障時，則相關(guān)變送器發(fā)出故障信號，高壓變頻器退出自動模式。當(dāng)爐膛負(fù)壓低信號觸發(fā)時，延時3s后閉鎖轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)爐膛負(fù)壓高信號觸發(fā)時，延時3s后閉鎖轉(zhuǎn)速減少。

（4）引風(fēng)機(jī)變頻器涉及的相關(guān)跳閘保護(hù)

① 如引風(fēng)機(jī)的變頻器跳閘，則聯(lián)跳相應(yīng)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)的高壓開關(guān)，且所關(guān)聯(lián)的相應(yīng)擋板靜葉調(diào)節(jié)的邏輯不變。

② 在引風(fēng)機(jī)跳閘回路中加入了高壓變頻器重故障聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)功能，從而保證了在變頻方式下變頻器重故障將聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)，而工頻方式下該條件被閉鎖。

3.2系統(tǒng)方案設(shè)計

3.2.1 高壓變頻器選型

根據(jù)引風(fēng)機(jī)所配驅(qū)動電動機(jī)的額定功率和有關(guān)工藝需求及計算結(jié)果，選擇了遼寧榮信電氣傳動技術(shù)有限公司提供的RMVC5000-10/38-AT型，10kV，≥500kW高壓變頻器控制系統(tǒng)2套和配套的RMVC-SC2D3J-10/400型自動切換柜2臺。

3.2.2 電氣系統(tǒng)主回路

該設(shè)計方案是對2臺引風(fēng)機(jī)分別獨立控制，采用“一拖一”并帶自動旁路的變頻器驅(qū)動配置。其電氣主回路系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 引風(fēng)機(jī)帶工頻旁路的“一拖一”變頻調(diào)速方案電氣主回路

以1#高壓變頻器為例，說明其與電動機(jī)的連接方式如下：

1#旁路柜的主要配置有：3臺真空接觸器（KM11、KM21、KM31）和2臺刀閘隔離開關(guān)K11、K21。KM21與KM31實現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM11、KM21閉合，而KM31斷開時，電機(jī)在變頻工況下運行；當(dāng)KM11、KM21斷開，而KM31閉合時，電機(jī)運行于工頻供電狀態(tài)。另外，當(dāng)KM11閉合時，K11操作手柄被鎖死，不能操作；當(dāng)KM21閉合時，K21操作手柄被鎖死，不能操作。當(dāng)高壓變頻器在運行過程中出現(xiàn)故障停機(jī)時，系統(tǒng)將立即切斷該高壓變頻器的輸入/輸出接觸器KM11、KM21，并合閘旁路接觸器KM31，將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)定速運行，當(dāng)然還需關(guān)聯(lián)對相應(yīng)擋板的調(diào)節(jié)。

3.2.3 高壓變頻器與電廠APROL DCS系統(tǒng)的接口電路設(shè)計

該高壓變頻器能接受電廠機(jī)組DCS（采用貝加萊的APROL系統(tǒng)）的控制指令和參數(shù)設(shè)置，并向DCS反饋高壓變頻器的主要狀態(tài)信號、運行參數(shù)和故障報警信息。

該高壓變頻器自身控制邏輯由變頻器內(nèi)置的PLC來實現(xiàn)，其具有較好的與DCS接口的能力。根據(jù)引風(fēng)機(jī)的運行特性要求及對變頻器控制的具體要求，采用以下變頻調(diào)速系統(tǒng)與DCS的接口及控制方案。

DCS與1臺變頻器之間的硬接線I/O信號至少共需配置有38點（不含備用點）：其中開關(guān)量信號34點（含DI信號21點，DO信號13點），模擬量信號4點（4～20mA，AI信號3點，AO信號1點）。

DCS系統(tǒng)中對應(yīng)于1臺引風(fēng)機(jī)變頻器的開關(guān)量信號包括：

DI：故障報警、工頻運行狀態(tài)、變頻運行狀態(tài)、請求運行狀態(tài)、變頻停止?fàn)顟B(tài)、高壓合閘允許狀態(tài)、高壓合閘狀態(tài)、高壓分閘狀態(tài)、就地控制狀態(tài)、遠(yuǎn)方控制狀態(tài)、變頻器輕故障狀態(tài)、充電中狀態(tài)、變頻器重故障狀態(tài)、高于最低轉(zhuǎn)速狀態(tài)、變頻輸入開關(guān)已合閘信號、變頻輸入開關(guān)已分閘信號、變頻輸出開關(guān)已合閘信號、變頻輸出開關(guān)已分閘信號、變頻旁路開關(guān)已合閘信號、變頻旁路開關(guān)已分閘信號、工頻/變頻切換失敗信號。

DO：高壓合閘指令、高壓分閘指令、緊急停機(jī)指令、PLC緊急停車指令、運行變頻器指令、停止變頻器指令、復(fù)位變頻器指令、聲光報警復(fù)位指令、工頻切換變頻指令、變頻切換工頻指令、工頻起動指令、工頻停機(jī)指令、高壓開關(guān)已合閘信號燈。

模擬量信號包括：

AI：輸送至DCS的變頻器運行頻率、電機(jī)電流和運行轉(zhuǎn)速。

AO：由DCS輸出至變頻器的設(shè)定頻率。

通過對上述信號在DCS中的定義和邏輯組態(tài)，實現(xiàn)變頻控制功能。

此外，DCS與高壓變頻器之間還將建立數(shù)據(jù)通訊連接，以實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。并將按照DCS的通訊格式要求提供通訊協(xié)議或設(shè)備數(shù)據(jù)描述GSD文件以及所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。高壓變頻器通訊將采用光纖連接，以提高通訊速率和抗干擾能力；高壓變頻器柜內(nèi)強(qiáng)電信號和弱電信號將分開布置，以避免干擾；柜內(nèi)設(shè)有屏蔽端子和接地設(shè)施。高壓變頻器對本體控制系統(tǒng)的就地控制柜須盡可能減輕諧波影響。

3.2.4 變頻器的抗干擾措施

變頻器由主回路和控制回路組成，由于主回路存在的非線性（進(jìn)行逆變開關(guān)操作產(chǎn)生的），變頻器本身就是一個較強(qiáng)的諧波干擾源，所以對電源側(cè)和輸出側(cè)的設(shè)備可能產(chǎn)生一定的電磁干擾。與主回路相比，變頻器的控制回路卻是小能量、弱信號的電路，同樣也可能遭受來自其它裝置的干擾，造成變頻器無法正常工作。因此，變頻器在安裝使用時，必須對主回路和控制回路采取抗干擾措施。

變頻器的主回路需配置進(jìn)線電抗器，其主回路輸出電纜最好采用金屬屏蔽電纜或穿鋼管敷設(shè)，并將鋼管可靠接地。一般將控制電纜與主回路電纜或其它動力電纜分離敷設(shè)，相隔距離通常應(yīng)在30cm以上（最低為10cm），分離困難時，須將控制電纜穿金屬管鋪設(shè)并將屏蔽層可靠接地。此外還需將控制導(dǎo)線絞合，絞合間距越小，鋪設(shè)路線越短，抗干擾效果將越好。

4　變頻調(diào)速的優(yōu)勢和節(jié)能效果

4.1變頻調(diào)速的技術(shù)優(yōu)勢

采用變頻調(diào)速的節(jié)能效果十分明顯，且調(diào)速性能優(yōu)越。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以按風(fēng)量的實際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)擋板全部打開，避免了氣流通過時產(chǎn)生的節(jié)流損耗、擾動、燃燒不穩(wěn)定及管道振動等問題。變頻調(diào)速后可以實現(xiàn)引風(fēng)機(jī)及其電動機(jī)的軟啟動，使引風(fēng)機(jī)設(shè)備和電動機(jī)的軸、聯(lián)軸器及其它部件的機(jī)械應(yīng)力大幅度減小，延長了電動機(jī)的壽命，降低了運行維護(hù)費用。

此外，變頻調(diào)速方式下的引風(fēng)機(jī)運行電流和電壓明顯低于工頻運行方式的，且在垃圾電廠發(fā)電機(jī)組的不同運行負(fù)荷參數(shù)下，可以節(jié)省大量電能。而工頻定速的電機(jī)運行參數(shù)，在不同負(fù)荷下的參數(shù)變化是通過調(diào)節(jié)擋板來實現(xiàn)的，其變化量較小，且其功率損失都消耗在擋板上。

該變頻器采用移相變壓器和單元串聯(lián)多電平技術(shù)，可有效抵消電網(wǎng)諧波中的偶次諧波，并消除(6K-1)次以下的奇數(shù)次諧波（K為變頻器每相的串聯(lián)單元數(shù)）。由于電網(wǎng)諧波中的3、5、7次等高次諧波含量較高，通過移相變壓器可有效濾除47次以下的奇數(shù)次諧波（以8級為例），能盡量減小變頻器對電源的諧波污染。

4.2運行參數(shù)分析及節(jié)能估算

由于設(shè)備狀況、運行條件、操作技術(shù)和管理水平的差異，同類垃圾發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益可能相差甚遠(yuǎn)。作者參照了其它類似垃圾發(fā)電機(jī)組的實際運行參數(shù)，整理出了一組采用變頻調(diào)速的不同負(fù)荷工況下引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)場運行參數(shù)，如表3所示。

表3 引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運行參數(shù)

?

根據(jù)對多臺類似發(fā)電機(jī)組的調(diào)研，其負(fù)荷率通常為60～80%，結(jié)合表3參數(shù)分析估算，每臺引風(fēng)機(jī)每小時平均可持續(xù)節(jié)約電流10A左右，兩臺引風(fēng)機(jī)每小時平均可持續(xù)節(jié)約電流20A左右。

這樣，每臺引風(fēng)機(jī)每小時可節(jié)約電能約為：1.732× UICOSΦh =1.732×10×10×0.85 (kWh) =147.22 (kWh)，按平均上網(wǎng)電價為0.65元/ kWh計算，每小時節(jié)電價值約為人民幣95.69元。按全年火電設(shè)備利用小時數(shù)為5000小時計算，則每臺引風(fēng)機(jī)全年可節(jié)電約47.845萬元。

兩臺引風(fēng)機(jī)節(jié)電價值約95.69萬元。

5　結(jié)束語

垃圾發(fā)電機(jī)組的引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速方案，明顯地改善了引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)性能，爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度也明顯加快，且爐膛壓力波動幅度明顯減小，運行可靠性和穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，此外，采用變頻調(diào)速方案還可以有效地減輕噪聲污染。

使用變頻調(diào)速方式，由于可使入口靜葉擋板全開，節(jié)流損失明顯減小，節(jié)能效果顯著，特別是在低負(fù)荷運行的情況下。引風(fēng)機(jī)是垃圾發(fā)電機(jī)組中的自用電耗電大戶，因為通常垃圾發(fā)電機(jī)組的容量較小，其引風(fēng)機(jī)的電能消耗可能占到機(jī)組的6% ～8%，因此成為了節(jié)能的主要對象。引風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運行對降低電廠的廠用電比率，提高電廠的綜合效益是十分重要的。

[1] 徐甫榮. 高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實踐[M]. 中國電力出版社，2007.

[2] 劉家鈺. 我國電站風(fēng)機(jī)的節(jié)能途徑探討[J]. 風(fēng)機(jī)技術(shù)，2007(3).

[3] 王進(jìn). 電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造[J]. 自動化信息，2014(6).

[4] 東方日立公司. 東方日立大功率高壓變頻器在超超臨界機(jī)組引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 自動化信息，2014(4).

Application of High-Voltage Frequency Converter in Energy Conservation of Induced-Draft Fan at Garbage Incineration Power Plant

This paper introduces the application of the high-voltage frequency converter in the energy conservation for the heat recovery boiler induced-draft fan at a garbage incineration power plant. The soft start and speed regulation of the motor of the induced-draft fan are realized by adopting the high-voltage frequency converter. An overview of the technological process of garbage incineration power generation is first presented. Then, the author mainly discusses the energy-saving principle of frequency conversion speed control of the fan. Moreover, the system design is proposed, with the emphasis on the descriptions of the control requirements and operating functions, as well as the main circuit design of the electrical system and the interface circuit design between the highvoltage frequency converters and the APROL DCS of the power plant. Finally, the superiorities and energy-saving effects of the frequency conversion speed control scheme are analyzed.

Boiler induced-draft fan; High-voltage frequency converter; Frequency conversion speed control; Energy-saving principle

江承林（1969-），男，工程師，現(xiàn)就職于廣元博能再生能源有限公司，主要從事垃圾電站電氣系統(tǒng)前期規(guī)劃、設(shè)計、安裝和調(diào)試。