變頻調速技術在火電廠化水自動加藥系統的應用
1 引言 隨著變頻技術的發展和成熟。變頻器以其明顯節能效果、高可靠性、較高功率因數及效率，以及優良調速特性、操作簡單、啟動電流小、機械振動和磨損較少、保護功能完善、容易實現自動調節等諸多優點，成為當今電氣拖動系統的佼佼者。電廠自動加藥系統已廣泛采用變頻調速技術取代傳統的直流調速系統。而直流調速存在:電機造價高、可靠性差、維護量大、壽命短、能耗大等問題。
2 火電廠化水自動加藥變頻調速系統介紹
(1) 化水自動加藥泵是用來為化水提供加藥的動力設備。化水加藥計量泵無論是柱(活)塞式，還是隔膜式、都是容積往復式泵。工作過程:活塞1在泵缸2內作往復運動來吸入和排出液體。當活塞1開始自極左端位置向右移動時，工作室3的容積逐漸擴大，室內壓力降低，流體頂開吸水閥4，進入活塞1所讓出的空間，直到活塞1移動到極右端為止，此過程為泵的吸水過程。當活塞1從右端開始向左端移動時，充滿泵的流體受擠壓，將吸水閥4關閉，并打開壓水閥5而排出，此過程為泵的壓水過程。活塞不斷往復運動，泵的吸水與壓水過程就不斷地交替進行。泵的驅動電機就交替工作在驅動(電動)和制動(發電)狀態，加藥變頻調速系統有其特殊性。
(2) 電廠化水加藥泵電機變頻調速系統介紹
① 調速系統由化學監測儀表檢測工藝系統參數，送入調節器與設定值比較，進行PI調節運算，其輸出反饋給變頻器控制轉速，達到調節系統參數的目的。采用冗余操作控制方式，即系統配置了智能手操器。
?、?化水自動加藥變頻調速系統范圍
隨著化學監測表計的成熟，電廠現已經用到:PH表、SI表、Na表、電導儀、酸堿濃度、濁度儀、聯氨表等。在聯氨、氨、磷酸鹽、二甲基酮肟、混凝計等自動加藥系統均可采用變頻調速。
3 加藥裝置的電氣接線方式
根據加藥設備有“一箱二泵”、“二箱二泵”、 “二箱三泵”、 “二箱四泵”等類型，即至少有三個以上電機為一組，而加藥泵一般為兩個。加藥電機一般相互備用。4 加藥變頻調速系統方案
(1) 電氣接線:可采用上述方案。如“一拖一”，不帶工頻旁路方案，此方案應用多，如在井岡山化水加藥系統、德州化水加藥系統的應用?；螂姍C和泵采用一備二冗余方案，即接線方案3，以節約投資。
(2) 控制原理:由于化水系統現在一般采用PLC程控系統，隨著PLC技術的發展?；瘜W自動加藥系統的調節控制，一般在PLC內完成常規PID運算或**控制規律，如模糊協調控制。
?、?利用熱工一次測量元件，在化水PLC程控系統中，將采集工藝系統的溫度、壓力、PH值以及溶解氧、Na+、Sio2+等參數的變化值，轉換成4---20mA的速度給定指令信號，反饋給變頻器。變頻器通過比較轉速輸出量與PLC程控速度給定之間的大小，自動調節加藥泵電動機的轉速，實現加藥計量的轉速自動控制，達到保證系統工藝參數在正常范圍內變化的目的。變頻器輸出的模擬量、干接點信號全部進入PLC系統，形成閉環控制，同時實現相關聯鎖功能。
② 系統設有就地和遠方兩種控制途徑。就地控制是在變頻器處通過變頻器面板進行操作或應急處理。遠方控制是在控制室內進行。
③ 遠方控制方式分為兩種工作方式:一種方式為遠方手動方式。在這種工作方式下，操作員通過化水程控PLC系統的CRT手動給定信號，調節變頻器。另一種方式為遠方自動方式。在這種工作方式下，轉速給定是在PLC系統中進行調節運算的，輸出給變頻器，調節加藥泵的速度，使系統參數跟隨給定值變化。
④ 保護配置:變頻器內保護齊全，有運行中開門、冷卻風扇停運、變頻器過熱、輸入電壓過低、負載超速、功率單元異常(通常異常、過壓、過負荷等)、接地等各種類型保護，完全具備對自身及電動機的保護功能。因此，變頻器電源開關保護裝置可以不變(電流速斷及接地保護)。
?、?信號接口:變頻器送給PLC的模擬量為:電動機轉速;干接點有:變頻器運行、故障、控制電源消失、功率單元旁路運行，共4個量。PLC系統送到變頻器的模擬量為轉速給定指令;干接點為遠方啟停。變頻器送到控制室操作臺有變頻器緊急停機、復位兩個干接點。
⑥ 保護行為:當變頻器故障，控制電源消失或按下緊急停機按鈕時，變頻器輸入電源開關跳閘，切斷電源，同時參與化水程控大聯鎖。機組運行過程中，由于各種原因發生電源切換，會造成控制電源消失。為了避免因此將變頻器停電，在變頻器內部增加了控制電源消失保護經過短時間(1MIN)內延時動作跳電源開關的邏輯。
?、?自檢閉鎖:電源開關合閘初期，變頻器存在10秒以內的自檢查過程，此時變頻器自認為處于故障狀態，發出電源開關跳閘指令。因此，需要在變頻器或PLC系統控制邏輯中增加一段延時(10秒)，躲開自檢查過程，確保電源開關合閘。
?、?由于變頻器集成有網絡技術，井岡山化水加藥控制系統利用此技術，通過PLC的遠程站模式、利用雙絞線與變頻器總線適配器來完成上述各項控制，而變頻器作為系統的智能終端。這種方式十分節省電纜。
4 自動加藥變頻調速系統的特殊性
由于加藥泵為往復式容積泵，不同于一般泵。泵電機帶偏心輪運轉，電機的負載變化較大。一旦變頻器輸出頻率上升到一定值后，由于電機轉速的增加，其工作電流也增加，偏心輪慣性也在增加。實際上偏心輪(泵)運行的每個周期，電機交替運行在電動和發電狀態。而當運行在發電狀態時，其能量會回饋到變頻器的直流側。通過現場測量，直流過壓可高達900多伏，此時變頻器發出直流過壓及過流報警、以致停機或毀壞變頻器。這種情況曾在某電廠出現過?，F在一般設計時，需要在變頻器直流側增加直流輾波器、制動電阻或加大變頻器容量，并設計“防止失速”功能，以及進行轉矩補償和轉差補償功能。
由于加藥泵的容量、泵電機容量較小，電機容量為0.4kW以下，根據變頻器直接連接在大容量電源變壓器上時，由于會有尖峰電流流過變頻器而可能引致變頻器損壞，需要在變頻器輸入回路加裝AC電抗器。
5 化水自動加藥變頻調速項目實施建議
(1) 根據實際需要，選擇變頻調速方案。
(2) 自動加藥變頻器的應用，需要注意:諧波成分引起的線纜集膚電阻、泵系統共振、電機絕緣、高低壓隔離、控制信號傳遞以及往復式泵特殊性等問題。
(3) 積極利用變頻器集成的網絡技術，盡量減少電纜。
(4) 自動加藥泵利于變頻調速技術將極大地改變化水生產的面貌。大力推廣變頻調速技術將加快化水生產現代化的發展，有利于化水生產管理上一個臺階。