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【摘要】
介紹了日立J300系列變頻器應用效果和利用變頻器的“自動電壓調整”、“瞬時電源故障重啟動”、“模糊最佳加減速”功能來實現設備的可靠運行。

【關鍵詞】
變頻器 節電 可靠性 自動電壓調整 重啟動

1 引言
變頻調速技術是最有發展前途的一種交流調速方式，在我國許多領域得到了廣泛的應用。我公司熱電廠是一個裝機容量為27MW（6×2+15×1）的小型熱電廠，自從1997年6月開始，先后引進11臺日立J300變頻器，用于鍋爐引風機、送風機、給水泵和汽輪機的循環水泵，獲得成功，使年平均廠用電率下降1.5%，按年發電量1億kWh計算，年可節電150萬kWh，按0.70元/kWh計算，年節約105萬元，一年內即可收回變頻器的全部投資。
“變頻節能”已被廣大熱電廠所接受，但是在應用過程中，也遇到了一些問題：例如系統電壓的波動會引起變頻器的跳閘；工作母線故障，BZT（備用電源自投）裝置動作后，變頻器如何重新啟動；總之，能否保證設備的可靠運行，是推廣變頻節能技術的先決條件。

2 應用實例
我廠3#汽輪發電機組是南京汽輪電機廠制造，型號為CN15-3.43/0.981-1 QF-15-2，其循環水系統采用了3臺200kW循環水泵，系獨立的閉式循環系統。根據汽輪機冷卻循環倍率的要求，最多時2開1備，一般為1開2備，泵出口配以電動蝶閥，為全開全關操作，因此只要泵一開，電動機即為滿負荷。經實測，電動機功率均達200kW。我們將一臺日立J300-2200 HF5變頻器用于循環水系統，節點效果明顯，平均節電達45%以上。在解決設備可靠性問題上，我們應用了日立變頻器所特有的“自動電壓調整功能”（AVR功能）、“瞬時電源故障設備重啟動功能”和“模糊最佳加減速功能”，確保了主機設備的安全運行。

3 設備可靠性試驗
循環水泵是汽輪機的重要輔機，能否正常運行將直接影響汽輪機的運行，如果循環水泵因故停運，汽機循環冷卻水會中斷，凝汽器真空會驟然下降，當真空度降至-0.06Mpa時，汽輪機就會因“低真空保護”動作而跳機，因此必須解決好可靠性的問題。

3.1 系統電壓波動發生時的對策
在機組運行過程中，由于受外來因素的影響，如雷電沖擊、系統饋線短路故障、大電機直接啟動等等，均可引起用電母線的電壓波動，有時瞬時電壓可下跌至額定電壓的30%以下，但電壓回升也較快，一般均在1s內，有的只有幾個周波的時間。
對于不是很大的電壓波動，我們可采用變頻器的自動電壓調整功能。當電源電壓下降時，由于有AVR功能，不會引起變頻器跳閘，使電動機正常運行。
根據電力拖動原理，電動機的輸出轉矩與變頻器輸出電壓和頻率的關系為：
M ∝ （V/f）2
式中：M——電動機的輸出轉矩，Nm；
V——變頻器的輸出電壓，V；
F——變頻器的輸出頻率，Hz。
變頻器設置AVR功能后，當外部電壓突然下降時，機內CPU會根據測得的電壓下降信息，發出頻率跟蹤信息，從而使V/f維持不變，即變頻器維持原有轉矩，保持轉矩平衡，進而避免變頻器跳閘。實際應用中，凡設置了AVR功能的變頻器，從未發生因電源波動而引起的跳閘。

3.2 瞬時電源故障發生時的對策
當外部電源瞬時發生故障，如工作電源中斷，或電壓低于變頻器無法維持正常工作時，僅利用變頻器的AVR功能已很難滿足要求了，因為只要電源中斷，變頻器是肯定要跳閘的，這也是變頻器本身保護功能所決定的。因此當電源恢復后，如何使變頻器盡快恢復正常運行，是迫切的課題。
日立變頻器具有瞬時電源故障重啟動的功能（A34功能），對于欠壓，可重啟動16次。它還可以多種選擇：①跳閘后輸出報警信號，不作自啟動；②在重起動時間減速停止；③0Hz重啟動；④頻率協調啟動。顯然我們應選用第④項中方式。

　　當發生故障時，電源中斷時間為t0，變頻器跳閘，輸出停止，但此時變頻器內由于電容器的作用，控制電源將維持一段時間t1。在t1時間內，機內CPU仍正常工作，電動機因變頻器輸出切斷而進入自由滑行狀態。對于沒有機械制動的電動機，其轉速會緩慢下降。此時如果電源恢復正常，機內CPU會依據所測電動機的實際轉速，計算出頻率匹配點（圖中Q點），并發出相應的匹配頻率指令，經延時t3(瞬時電源故障恢復后等待時間)，使變頻器和電動機頻率協調后重啟動。
上述t0、t1是由外部條件或變頻器本身特性所決定的，不能作設定和調整，t2、t3需人為設定，要求t2 > t0。如果t2 > t0，變頻器就不能實現頻率協調重啟動，只能是0Hz重啟動了.
實踐中，我們設定t2=2s，t3=0.3s，可以滿足要求。我們利用廠用電備用電源自投作為模擬瞬時電源故障，運行了循環水泵變頻器重啟動試驗。
首次試驗，運行頻率41Hz，瞬時電源故障后，變頻器重啟動成功，Q點為17Hz，但由于變頻器設定加速時間為30s，自17Hz上升至運行工況時間（t4）較長，出現了循環水泵出水中斷。為滿足運行要求，必須縮短加速時間。但加速時間太短會引起變頻器過流跳閘，太長了，又滿足不了運行要求。
針對這個問題，我們又采用了變頻器的A59-2功能，即“模糊最佳加減速控制”模式。
所謂模糊最佳加減速功能，就是應用模糊控制理論，機內CPU隨時測出變頻器輸出電流，并發出上升頻率的指令，以確保變頻器不因為過流而跳閘，又以最快的速度上升頻率。這樣，變頻器加（減）速時間不是原先設定的數值，而是依據CPU所測得電動機負載和制動要求確定，并自動計算最佳加減速速度，充分利用變頻器的容量，以最快的速度達到需要的運行工況。
經過實踐，循環水泵出水沒有中斷，頻率從下降到上升至運行頻率均在2s內完成。我們在汽輪機不同負荷情況下試驗，效果良好（表1）。

表1 模糊最佳加減速模式下變頻重啟動試驗記錄

根據試驗可以發現，當機組滿負荷運行時，發生電源瞬時故障，變頻器重啟動成功，汽輪機凝汽器真空僅下跌0.007MPa，不會引起因低真空保護的動作而跳機。

4 結論
（1）由于采用了日立J300變頻器所具有的“自動電壓調整”、“瞬時電源故障設備
重啟動”、“模糊最佳加減速”等功能，確保了電源出現電壓波動或瞬時失電情況下，變頻器仍能正常運行或迅速恢復正常運行，從而確保主機詩歌被的正常運行；
（2）我廠鍋爐引風機、送風機、給水泵應用此技術，1年多來未發生跳閘而重啟動失敗；
（3）由于采用變頻技術，電機實現軟啟動，不存在啟動電流沖擊，同時對泵或風機、管道、閥門等機械設備的沖擊大大減小，從而延長了電機和其他設備的使用壽命。