李健民

摘 要：隨著近些年來(lái)我國(guó)對(duì)節(jié)能減排重視力度的不斷加大，在生產(chǎn)線上的大型燃機(jī)當(dāng)中也開始使用變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)運(yùn)行速度等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，以此在有效減少系統(tǒng)故障的同時(shí)，可以達(dá)到節(jié)能降耗和延長(zhǎng)燃機(jī)使用壽命的目的，確保燃機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間地保持安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)?；诖?，本文將以某大型燃機(jī)為例，對(duì)其變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行以及控制特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

關(guān)鍵詞：大型燃機(jī) 變頻調(diào)速系統(tǒng) 控制特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TK477 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0076-02

本文選擇的大型燃機(jī)為三菱公司生產(chǎn)的M701F4燃機(jī)，空氣進(jìn)入到進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)以及進(jìn)氣室和進(jìn)氣缸之后會(huì)被吸入到壓氣機(jī)當(dāng)中，經(jīng)過(guò)壓縮處理之后被送至燃燒室段中以實(shí)現(xiàn)燃料的充分燃燒，在有效避免燃料浪費(fèi)的同時(shí)可以有效降低氮氧化物的排放，達(dá)到提升燃燒率和節(jié)能降耗的目的。而通過(guò)將變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用其中，則可以通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率科學(xué)調(diào)節(jié)速度，以進(jìn)一步提升燃機(jī)的性能與工作效率。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成

由三菱公司生產(chǎn)的M701F4燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)中，帶有4級(jí)反動(dòng)式葉片的透平段、20只繞壓氣機(jī)軸線環(huán)形布置的燃燒室等，并且葉片通過(guò)刷涂具有良好耐腐蝕性和耐高溫性的涂料，有效提升了葉片的性能[1]。在燃機(jī)透平段的動(dòng)葉和靜葉上均安裝了冷卻系統(tǒng)。為了能夠有效保障分管燃燒器的燃燒室能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的充分燃燒，并且有效控制氮氧化物的排放量，在該燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)中安裝了由變壓器、整流器以及逆變器等共同組合而成的靜態(tài)變頻器，利用變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行速度的有效調(diào)節(jié)。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試特點(diǎn)

在M701F4燃?xì)廨啓C(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中，除了普通的感應(yīng)電機(jī)之外還擁有其他各種型號(hào)的電機(jī)。不僅如此，變頻器的數(shù)量相對(duì)比較多，而不同類型的變頻器其在控制方面的要求也截然不同。通常多使用矢量控制方式、V/F控制方式等。在對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的初期階段，變頻器和Prodibus-DP網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò)之間還沒有實(shí)現(xiàn)完全連通，因此需要使用專門的調(diào)試軟件或是通過(guò)面板設(shè)置等方式才能完成變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試。在隨后的聯(lián)動(dòng)試運(yùn)轉(zhuǎn)階段當(dāng)中，工藝設(shè)備之間具有明顯的關(guān)聯(lián)性，因此也在很大程度上增加了變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試特點(diǎn)。而眼下隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛運(yùn)用，目前變頻調(diào)速系統(tǒng)基本上已經(jīng)可以通過(guò)使用自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一控制。

3 大型燃機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行與控制

3.1 變頻啟動(dòng)

M701F4燃?xì)廨啓C(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，其同步電動(dòng)機(jī)就是發(fā)電機(jī)，在正式啟動(dòng)前，需要利用盤車電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)速。一般情況下，需要轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘3轉(zhuǎn)，此后需要將燃?xì)廨啓C(jī)的靜態(tài)變頻調(diào)速器中的裝置輸入輸出開關(guān)合上，而后將轉(zhuǎn)子勵(lì)磁投入其中，此時(shí)脈沖在受到發(fā)晶閘管的觸發(fā)之后將會(huì)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。一旦轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值之后，為了避免在后續(xù)點(diǎn)火過(guò)程中，因分管燃燒器的燃燒室當(dāng)中存在尚未充分燃燒的燃料以及氣體，影響燃?xì)廨啓C(jī)的正常使用，需要對(duì)M701F4燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行全面的清潔工作，徹底清除殘留在分管燃燒器當(dāng)中未能實(shí)現(xiàn)充分燃燒的可燃?xì)怏w。隨后即可在高速盤車的過(guò)程當(dāng)中，利用燃?xì)廨啓C(jī)的靜態(tài)變頻調(diào)速器在保持400r/min的轉(zhuǎn)速下完成電流的輸出工作。

本文選擇的由三菱公司生產(chǎn)的M701F4燃?xì)廨啓C(jī)，其將20%左右的額定轉(zhuǎn)速設(shè)定為規(guī)定點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，并且要求其必須低于清掃轉(zhuǎn)速，因此在有效控制燃?xì)廨啓C(jī)靜態(tài)變頻控制器的過(guò)程當(dāng)中，需要通過(guò)在有效降低其輸出電流的基礎(chǔ)之上，調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩才能有效完成點(diǎn)火工作。當(dāng)成功完成點(diǎn)火之后，需要靜待大約40s，使得燃?xì)廨啓C(jī)能夠與靜態(tài)變頻調(diào)速器一同完成機(jī)組的帶動(dòng)和加速工作。在分管燃燒器的燃燒室當(dāng)中，燃料得到充分燃燒之后，轉(zhuǎn)速將會(huì)迅速提升。當(dāng)其達(dá)到大約67%的額定轉(zhuǎn)速時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)自身將自動(dòng)保持較為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。而靜態(tài)變頻調(diào)速器則會(huì)慢慢控制輸出電流，并同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。一旦發(fā)現(xiàn)其達(dá)到大約77%的額定轉(zhuǎn)速之后，燃?xì)廨啓C(jī)的靜態(tài)變頻調(diào)速器將會(huì)直接將輸出和勵(lì)磁電流調(diào)至最小，并連同自身與調(diào)節(jié)勵(lì)磁的裝置一起退出。在這一階段中，拖動(dòng)力矩和加速的重任將從發(fā)電機(jī)直接轉(zhuǎn)移至燃?xì)廨啓C(jī)的身上。

燃?xì)廨啓C(jī)在持續(xù)拖動(dòng)加速之下，轉(zhuǎn)速越來(lái)越接近額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)在M701F4燃?xì)廨啓C(jī)當(dāng)中專門用于調(diào)節(jié)勵(lì)磁的裝置將會(huì)進(jìn)行起勵(lì)升壓，在同期裝置的幫助下，電網(wǎng)將正式“吸納”發(fā)電機(jī)。

3.2 控制勵(lì)磁

事實(shí)上，M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)之前預(yù)設(shè)程序，將直接由靜態(tài)變頻調(diào)速器控制柜完成順序的控制工作。當(dāng)發(fā)電機(jī)不斷加速之下，通過(guò)有效控制電流使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越來(lái)越高。如果發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及機(jī)端電壓均處于較低的水平狀態(tài)，則靜態(tài)變頻調(diào)速器將會(huì)直接向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)信號(hào)，此時(shí)負(fù)責(zé)調(diào)解勵(lì)磁的裝置將會(huì)穩(wěn)定勵(lì)磁電流，以保障在設(shè)定時(shí)段下，勵(lì)磁電流能夠處于恒定狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到加速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。而逆變器則將利用脈沖方式進(jìn)行換相，也就是令靜態(tài)變頻控制器每隔60°電角度，便將輸出電流減至最小，徹底關(guān)斷逆變器可控柜，待其閉鎖功能完全恢復(fù)之后再開通下一相通流可控柜，從而使得燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行變頻調(diào)速系統(tǒng)的加速轉(zhuǎn)矩能夠保持最大值，以此有效帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的正常工作。但如果正好情況相反，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及機(jī)端電壓本身已經(jīng)處于較高的狀態(tài)，則靜態(tài)變頻調(diào)速器同樣會(huì)向勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，但此時(shí)負(fù)責(zé)調(diào)解勵(lì)磁的裝置將會(huì)有目的地控制勵(lì)磁電流，從而有效穩(wěn)定機(jī)端電壓。逆變器將使用負(fù)荷換相的方式進(jìn)行換相，在定子在任一換相點(diǎn)當(dāng)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)都會(huì)旋轉(zhuǎn)60°，此時(shí)在勵(lì)磁系統(tǒng)的激磁作用下，位于發(fā)電機(jī)當(dāng)中的轉(zhuǎn)子將會(huì)轉(zhuǎn)化成磁體，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的靜態(tài)變頻調(diào)速器將會(huì)利用這一磁體轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行加速旋轉(zhuǎn)[3]。

3.3 勵(lì)磁運(yùn)行

M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)靜態(tài)變頻調(diào)速器時(shí)，如果發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓無(wú)法達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，則發(fā)電機(jī)機(jī)端勵(lì)磁將無(wú)法轉(zhuǎn)化勵(lì)磁使之為發(fā)電機(jī)提供充足的電流。為有效解決這一問題，在靜態(tài)變頻調(diào)速器當(dāng)中通常會(huì)設(shè)置勵(lì)磁啟動(dòng)盤，并將專用啟動(dòng)變壓器安裝于其中，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行靜態(tài)變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，啟動(dòng)變壓器將會(huì)在勵(lì)磁啟動(dòng)盤當(dāng)中發(fā)揮作用，負(fù)責(zé)使用其他的勵(lì)磁運(yùn)行方式為發(fā)電機(jī)提供必要的勵(lì)磁。在燃?xì)廨啓C(jī)停止運(yùn)行靜態(tài)變頻調(diào)速系統(tǒng)之后，機(jī)組的轉(zhuǎn)速基本已經(jīng)達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速值，此時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)將直接轉(zhuǎn)化成自并勵(lì)的接線方式，勵(lì)磁系統(tǒng)只需要按照平時(shí)的運(yùn)行方式進(jìn)行正常運(yùn)行即可。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)在大型燃機(jī)當(dāng)中使用變頻調(diào)速系統(tǒng)，確實(shí)能夠在很大程度上減少燃機(jī)的能源消耗，對(duì)于保障其實(shí)現(xiàn)正常穩(wěn)定運(yùn)行有著積極作用。考慮到變頻調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中的變頻器以及電機(jī)等類型多種多樣，在運(yùn)行和控制方面的要求也不盡相同。因此工作人員在啟動(dòng)大型燃機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，還需要充分結(jié)合實(shí)際情況，做好相應(yīng)的調(diào)試準(zhǔn)備以及常規(guī)檢查工作，從而確保大型燃機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張國(guó)敏.加熱爐輥道及裝出鋼機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017，13（7）：14，16.

[2] 李剛，殷駿，湯偉，等.抗電壓擾動(dòng)電源在給煤機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2016，35（23）：36-40.

[3] 李中望.基于矢量控制的軋鋼機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[J].綏化學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，35（3）：155-157.endprint