日立变频器应用实践

【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。