變頻器在電廠灰漿泵控制系統中的應用
1 引言
杭州半山發電有限公司老廠區有四臺燃煤機組，配有設計流量為760m3/h的工頻運行的灰漿泵兩臺，將機組運行產生的灰水輸送到公司內的脫水倉及澄清池，實現渣水的閉合循環，大渣經過脫水后用于綜合利用，渣水經過澄清后通過回水泵打回到鍋爐，重新用來進行沖渣。同時由于環保的需要，投運了污水處理系統，為了防止灰水外溢，不影響污水處理系統的正常運行，對原來排入渣溝的鍋爐送、引風機及空預器等設備的冷卻水進行了分流和回收再利用。
由于大量的冷卻水被回收和再利用，引起了灰漿泵前池水位常常過低，造成灰漿泵打空泵。為了防止這種現象，通過調整灰漿泵出口調節閥來控制沖渣水量，正常運行時調節閥開度太小（一般僅為15%左右），引起調節閥及進出口管路磨損加劇，正常情況下兩到三個月就需要更換調節閥;同時由于通過節流損失來控制流量，必須使泵電機維持在較高的轉速下運行，造成電能的浪費。另外如果用通過補充工業水的方法防止打空泵，不僅浪費水資源，而且會引起灰水外溢，使污水處理系統不能正常運行。為了節約維護成本和水資源，降低能耗，采用以變頻器為核心實現對灰漿泵的控制。
2 系統組成和變頻器特性
灰漿泵控制系統組成如圖1所示，保留兩臺灰漿泵并列運行的形式，只對#1灰漿泵實現變頻控制，利用超聲波水位計，實現灰漿泵前池水位的自動調節;同時設計旁路控制功能，在變頻器故障的情況下實現#1灰漿泵的工頻運行，保證灰漿泵系統的運行安全。#1灰漿泵電機型號為Y355M3-6，額定功率為200KW，工作電壓為380VAC，額定電流為374A，轉速為990rpm。
根據#1灰漿泵電機的工作特性，灰漿泵變頻器選用ABB公司的ACS807柜機，ACS807柜機設計了完整的通風冷卻系統和防塵功能，具體的技術指標如下：
型號：ACS800-07-0260-3+P901;
額定輸出功率：200kW;
額定輸出電流：445A;
電機電纜的推薦最大長度：300米;
環境：溫度0～50℃，相對濕度5～95%（不結露），污染等級，不允許有傳導性粉塵。
根據ACS807輸出電流過溫降容特性：額定電流的極限環境溫度為40℃，超過40℃后，環境溫度每增加1℃，額定輸出電流降低1.5%，當環境溫度達到變頻器極限溫度50℃時，額定電流降低15%，降至378A，滿足灰漿泵電機電流374A的要求。
3 變頻器控制和旁路控制方式切換
在灰漿泵系統組成中，#1灰漿泵在正常情況下由變頻器控制，實現變頻運行控制水位，為了保證灰漿泵系統的安全，在變頻器故障情況下，仍保留灰漿泵工頻運行的能力，通過旁路控制實現，以維持系統的安全。
因此在控制系統中必須實現變頻控制和旁路控制方式的切換，控制方式的切換實現如圖2所示。
控制方式通過兩個刀開關就地硬手操切換實現，每個刀開關有三組觸點，兩個狀態。當兩個刀開關都打到下側時，馬達控制中心過來的電源信號直接連接到#1灰漿泵電機上，變頻器被旁路，實現灰漿泵的工頻運行;當兩個刀開關都打到上側時，馬達控制中心過來的電源信號連接至變頻器，變頻器的輸出信號連接到#1灰漿泵電機上，灰漿泵由變頻器控制，實現變頻運行;當兩個刀開關打在不同的方向時，整個系統電源回路斷開，則不能實現任何控制方式。
4 操作控制功能實現
在灰漿泵系統中控制回路包括馬達控制中心（原灰漿泵控制柜）和變頻器控制兩部分，其中馬達控制中心部分實現改造前系統的控制，包括灰漿泵電源的合閘和跳閘，實現灰漿泵工頻運行。變頻器部分則分成啟停控制和轉速控制，變頻器啟停控制包括就地和遠方兩種操作方式，可通過就地的方式選擇開關設定。變頻器控制部分在就地控制柜中進行信號的綜合，如圖3所示，產生電源合閘、電源跳閘、變頻器啟動和變頻器停止四個信號。在變頻運行方式中，電源合閘、電源跳閘作用于馬達控制中心，用于對變頻器送電，正常情況下通過電源合閘使#1灰漿泵處于送電熱備狀態，如要運行#1灰漿泵，則必須通過就地或遠方形成#1灰漿泵變頻器啟動指令，而變頻器停止信號用于停止#1灰漿泵的運行;如果在運行中#1灰漿泵變頻器發生停機故障，則切灰漿泵為工頻運行，控制柜形成的電源合閘、電源跳閘信號改作為#1灰漿泵的啟/停指令。
變頻器轉速控制包括手動調整和變頻器自動控制兩種方式，手動方式又分成就地模擬量調整、就地開關量調整和變頻器操作面板上調整，手動和自動方式的選擇由從就地操作控制器引至變頻器的外部開關量信號（可由遠方控制）進行設定，手動狀態下操作方式的選擇必須在變頻器中進行適當的設置。
●變頻器自動控制是主要的控制方式，將超聲波液位計測出的灰漿泵前池水位信號輸入到變頻器，同時在變頻器面板上輸入水位的目標值，利用變頻器內置的PID調節器進行自動調節，實現轉速的控制，維持水位在正常的偏差范圍內。
●就地模擬量調整是手動狀態下主要的操作方式，在遠方控制室或就地操作器上給出一個4～20mA的模擬量，利用該信號作為變頻器的手動轉速指令。
●就地開關量調整是模擬量調整的后備手段，當就地模擬量通道出現故障時（如AO故障、失電、斷線），利用就地的增減按鈕實現步進式調整，以防止變頻器失控，保證灰漿泵的運行。
●變頻器操作面板調整是控制的最后手段，利用面板上的操作按鈕實現控制。
5 小結
變頻器在灰漿泵系統中的應用，改變了以往使用節流方法調整灰漿泵前池水位的方式，獲得了明顯的經濟效益：
●減少甚至基本避免了因節流而引起的調節閥及進出口管路磨損的現象，延長了調節閥的使用壽命，節約了大量的設備費用（一只調節閥近三萬元）;
●達到了自動控制水位的目的，提高了系統的自動化水平，能維持灰漿泵前池水位在正常范圍內，避免或大大減少了因水位下降引起打空泵而導致灰漿泵氣蝕的可能，極大地降低了維護檢修費用;
●減少了灰漿泵頻繁啟動或停止的次數，提高了灰漿泵的使用壽命;
●降低了灰漿漿泵運行的電耗，減少了電能的浪費，提高了系統的效率，經改造前后測算：灰漿泵工頻運行時電流值平均為320A;利用變頻器控制后，最高轉速時電流值為300A，最低轉速時電流值為50A，經運行人員測算平均為175A，平均電流減少了45%;
●實現了遠方控制，為以后將灰漿泵及前池水位納入單元機組DCS控制創造了前提條件。
本文作者的創新點：在利用變頻器實現灰漿泵前池水位自動控制的同時，保留了灰漿泵工頻運行回路，以方便快捷的方式實現變頻和工頻運行方式的切換，并實現了變頻器的遠方控制，提高了系統運行的經濟性，達到了減人增效的目的。
杭州半山發電有限公司老廠區有四臺燃煤機組，配有設計流量為760m3/h的工頻運行的灰漿泵兩臺，將機組運行產生的灰水輸送到公司內的脫水倉及澄清池，實現渣水的閉合循環，大渣經過脫水后用于綜合利用，渣水經過澄清后通過回水泵打回到鍋爐，重新用來進行沖渣。同時由于環保的需要，投運了污水處理系統，為了防止灰水外溢，不影響污水處理系統的正常運行，對原來排入渣溝的鍋爐送、引風機及空預器等設備的冷卻水進行了分流和回收再利用。
由于大量的冷卻水被回收和再利用，引起了灰漿泵前池水位常常過低，造成灰漿泵打空泵。為了防止這種現象，通過調整灰漿泵出口調節閥來控制沖渣水量，正常運行時調節閥開度太小（一般僅為15%左右），引起調節閥及進出口管路磨損加劇，正常情況下兩到三個月就需要更換調節閥;同時由于通過節流損失來控制流量，必須使泵電機維持在較高的轉速下運行，造成電能的浪費。另外如果用通過補充工業水的方法防止打空泵，不僅浪費水資源，而且會引起灰水外溢，使污水處理系統不能正常運行。為了節約維護成本和水資源，降低能耗，采用以變頻器為核心實現對灰漿泵的控制。
2 系統組成和變頻器特性
灰漿泵控制系統組成如圖1所示，保留兩臺灰漿泵并列運行的形式，只對#1灰漿泵實現變頻控制，利用超聲波水位計，實現灰漿泵前池水位的自動調節;同時設計旁路控制功能，在變頻器故障的情況下實現#1灰漿泵的工頻運行，保證灰漿泵系統的運行安全。#1灰漿泵電機型號為Y355M3-6，額定功率為200KW，工作電壓為380VAC，額定電流為374A，轉速為990rpm。
根據#1灰漿泵電機的工作特性，灰漿泵變頻器選用ABB公司的ACS807柜機，ACS807柜機設計了完整的通風冷卻系統和防塵功能，具體的技術指標如下：
型號：ACS800-07-0260-3+P901;
額定輸出功率：200kW;
額定輸出電流：445A;
電機電纜的推薦最大長度：300米;
環境：溫度0～50℃，相對濕度5～95%（不結露），污染等級，不允許有傳導性粉塵。
根據ACS807輸出電流過溫降容特性：額定電流的極限環境溫度為40℃，超過40℃后，環境溫度每增加1℃，額定輸出電流降低1.5%，當環境溫度達到變頻器極限溫度50℃時，額定電流降低15%，降至378A，滿足灰漿泵電機電流374A的要求。
3 變頻器控制和旁路控制方式切換
在灰漿泵系統組成中，#1灰漿泵在正常情況下由變頻器控制，實現變頻運行控制水位，為了保證灰漿泵系統的安全，在變頻器故障情況下，仍保留灰漿泵工頻運行的能力，通過旁路控制實現，以維持系統的安全。
因此在控制系統中必須實現變頻控制和旁路控制方式的切換，控制方式的切換實現如圖2所示。
控制方式通過兩個刀開關就地硬手操切換實現，每個刀開關有三組觸點，兩個狀態。當兩個刀開關都打到下側時，馬達控制中心過來的電源信號直接連接到#1灰漿泵電機上，變頻器被旁路，實現灰漿泵的工頻運行;當兩個刀開關都打到上側時，馬達控制中心過來的電源信號連接至變頻器，變頻器的輸出信號連接到#1灰漿泵電機上，灰漿泵由變頻器控制，實現變頻運行;當兩個刀開關打在不同的方向時，整個系統電源回路斷開，則不能實現任何控制方式。
4 操作控制功能實現
在灰漿泵系統中控制回路包括馬達控制中心（原灰漿泵控制柜）和變頻器控制兩部分，其中馬達控制中心部分實現改造前系統的控制，包括灰漿泵電源的合閘和跳閘，實現灰漿泵工頻運行。變頻器部分則分成啟停控制和轉速控制，變頻器啟停控制包括就地和遠方兩種操作方式，可通過就地的方式選擇開關設定。變頻器控制部分在就地控制柜中進行信號的綜合，如圖3所示，產生電源合閘、電源跳閘、變頻器啟動和變頻器停止四個信號。在變頻運行方式中，電源合閘、電源跳閘作用于馬達控制中心，用于對變頻器送電，正常情況下通過電源合閘使#1灰漿泵處于送電熱備狀態，如要運行#1灰漿泵，則必須通過就地或遠方形成#1灰漿泵變頻器啟動指令，而變頻器停止信號用于停止#1灰漿泵的運行;如果在運行中#1灰漿泵變頻器發生停機故障，則切灰漿泵為工頻運行，控制柜形成的電源合閘、電源跳閘信號改作為#1灰漿泵的啟/停指令。
變頻器轉速控制包括手動調整和變頻器自動控制兩種方式，手動方式又分成就地模擬量調整、就地開關量調整和變頻器操作面板上調整，手動和自動方式的選擇由從就地操作控制器引至變頻器的外部開關量信號（可由遠方控制）進行設定，手動狀態下操作方式的選擇必須在變頻器中進行適當的設置。
●變頻器自動控制是主要的控制方式，將超聲波液位計測出的灰漿泵前池水位信號輸入到變頻器，同時在變頻器面板上輸入水位的目標值，利用變頻器內置的PID調節器進行自動調節，實現轉速的控制，維持水位在正常的偏差范圍內。
●就地模擬量調整是手動狀態下主要的操作方式，在遠方控制室或就地操作器上給出一個4～20mA的模擬量，利用該信號作為變頻器的手動轉速指令。
●就地開關量調整是模擬量調整的后備手段，當就地模擬量通道出現故障時（如AO故障、失電、斷線），利用就地的增減按鈕實現步進式調整，以防止變頻器失控，保證灰漿泵的運行。
●變頻器操作面板調整是控制的最后手段，利用面板上的操作按鈕實現控制。
5 小結
變頻器在灰漿泵系統中的應用，改變了以往使用節流方法調整灰漿泵前池水位的方式，獲得了明顯的經濟效益：
●減少甚至基本避免了因節流而引起的調節閥及進出口管路磨損的現象，延長了調節閥的使用壽命，節約了大量的設備費用（一只調節閥近三萬元）;
●達到了自動控制水位的目的，提高了系統的自動化水平，能維持灰漿泵前池水位在正常范圍內，避免或大大減少了因水位下降引起打空泵而導致灰漿泵氣蝕的可能，極大地降低了維護檢修費用;
●減少了灰漿泵頻繁啟動或停止的次數，提高了灰漿泵的使用壽命;
●降低了灰漿漿泵運行的電耗，減少了電能的浪費，提高了系統的效率，經改造前后測算：灰漿泵工頻運行時電流值平均為320A;利用變頻器控制后，最高轉速時電流值為300A，最低轉速時電流值為50A，經運行人員測算平均為175A，平均電流減少了45%;
●實現了遠方控制，為以后將灰漿泵及前池水位納入單元機組DCS控制創造了前提條件。
本文作者的創新點：在利用變頻器實現灰漿泵前池水位自動控制的同時，保留了灰漿泵工頻運行回路，以方便快捷的方式實現變頻和工頻運行方式的切換，并實現了變頻器的遠方控制，提高了系統運行的經濟性，達到了減人增效的目的。
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