循环流化床锅炉风机双频无干扰切换系统分析(2)

2 高压变频器调速技术节能原理

异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小、效率高，是异步电动机最为合理的调速方法。

由公式n=60f/p(1-s)可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的运行转速n。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前，变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比;输出压力H与转速n的平方成正比;输出轴功率P与转速n的立方成正比。即：Q1/Q2=n1/n2;H1/H2=(n1/n2)2;P1/P2=(n1/n2)3。

当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为：

E=(1-(n′/n)3)×P×T

式中：n是额定转速，n′是实际转速，P是额定转速时电机功率，T是工作时间。

可见，通过变频对风机进行改造，不但节能，而且可大大提高设备的运行性能。以上公式为变频节能提供了理论依据。

3 锅炉风机双频无扰切换技术改造实施方案

由于山东威海博通热电股份有限公司三台锅炉都是单风机，即每台锅炉都是一台引风机、一台一次风机、一台二次风机，没有备用风机，任一台风机停运都将造成锅炉的停炉。为避免因变频器运行不稳定影响锅炉正常运行，对锅炉DCS系统重新组态并与变频器实现无缝接入，经过多次的冷态、热态试验，将锅炉DCS系统与高压变频器结合在一起，实现了变频、工频自动双向切换的功能，真正实现了无扰切换。所谓无扰切换是指锅炉运行时风机在变频运行和工频运行之间进行双向切换时风量不会大幅突变，对锅炉燃烧没有扰动。无扰切换包含两个切换过程，一是风机变频器在运行中突发故障能自动切换到工频运行，锅炉燃烧稳定不受切换影响;二是风机在工频运行时能在操作人员切换变频指令发出后自动切换到变频运行，锅炉燃烧稳定不受切换影响。风机双向自动切换一次系统如图1所示。

注：(1)QS1和QS2是自动旁路柜的手动刀闸;(2)KM1、KM2和KM3是自动旁路柜的真空接触器。

图1 风机双向自动切换一次系统简图

3.1 自动旁路变频器控制与DCS系统的改造及程序修改

根据实际运行需要及为了简化运行人员操作步骤，防止误操作的发生，同时结合高压变频器的启动步骤，对风机高压变频控制采用变频一键启动、变频一键停止及一键工频切变频，并保留了原来的工频手动启动、工频手动停止控制。[1]

(1) 变频一键启动执行的步骤

第一步：合自动旁路柜的KM1、KM2。

第二步：合上级开关柜(原风机6kV开关柜)的合闸开关。

第三步：等待变频器预充电完成后(及待机反馈接通后)，再合变频器启动开关。

在实际操作过程中，4号炉、5号炉风机变频器就地柜最低赫兹数设置为10Hz，DCS画面中的变频调节指令在0~10Hz之间时，变频器就地柜始终保持在10Hz不变。6号炉风机变频器就地柜最低赫兹数设置为15Hz，DCS画面中的变频调节指令在0~15Hz之间时，变频器就地柜始终保持在15Hz不变。