变频器在电厂灰浆泵控制系统中的应用
1 引言
杭州半山发电有限公司老厂区有四台燃煤机组，配有设计流量为760m3/h的工频运行的灰浆泵两台，将机组运行产生的灰水输送到公司内的脱水仓及澄清池，实现渣水的闭合循环，大渣经过脱水后用于综合利用，渣水经过澄清后通过回水泵打回到锅炉，重新用来进行冲渣。同时由于环保的需要，投运了污水处理系统，为了防止灰水外溢，不影响污水处理系统的正常运行，对原来排入渣沟的锅炉送、引风机及空预器等设备的冷却水进行了分流和回收再利用。
由于大量的冷却水被回收和再利用，引起了灰浆泵前池水位常常过低，造成灰浆泵打空泵。为了防止这种现象，通过调整灰浆泵出口调节阀来控制冲渣水量，正常运行时调节阀开度太小（一般仅为15%左右），引起调节阀及进出口管路磨损加剧，正常情况下两到三个月就需要更换调节阀;同时由于通过节流损失来控制流量，必须使泵电机维持在较高的转速下运行，造成电能的浪费。另外如果用通过补充工业水的方法防止打空泵，不仅浪费水资源，而且会引起灰水外溢，使污水处理系统不能正常运行。为了节约维护成本和水资源，降低能耗，采用以变频器为核心实现对灰浆泵的控制。
2 系统组成和变频器特性
灰浆泵控制系统组成如图1所示，保留两台灰浆泵并列运行的形式，只对#1灰浆泵实现变频控制，利用超声波水位计，实现灰浆泵前池水位的自动调节;同时设计旁路控制功能，在变频器故障的情况下实现#1灰浆泵的工频运行，保证灰浆泵系统的运行安全。#1灰浆泵电机型号为Y355M3-6，额定功率为200KW，工作电压为380VAC，额定电流为374A，转速为990rpm。
根据#1灰浆泵电机的工作特性，灰浆泵变频器选用ABB公司的ACS807柜机，ACS807柜机设计了完整的通风冷却系统和防尘功能，具体的技术指标如下：
型号：ACS800-07-0260-3+P901;
额定输出功率：200kW;
额定输出电流：445A;
电机电缆的推荐最大长度：300米;
环境：温度0～50℃，相对湿度5～95%（不结露），污染等级，不允许有传导性粉尘。
根据ACS807输出电流过温降容特性：额定电流的极限环境温度为40℃，超过40℃后，环境温度每增加1℃，额定输出电流降低1.5%，当环境温度达到变频器极限温度50℃时，额定电流降低15%，降至378A，满足灰浆泵电机电流374A的要求。
3 变频器控制和旁路控制方式切换
在灰浆泵系统组成中，#1灰浆泵在正常情况下由变频器控制，实现变频运行控制水位，为了保证灰浆泵系统的安全，在变频器故障情况下，仍保留灰浆泵工频运行的能力，通过旁路控制实现，以维持系统的安全。
因此在控制系统中必须实现变频控制和旁路控制方式的切换，控制方式的切换实现如图2所示。
控制方式通过两个刀开关就地硬手操切换实现，每个刀开关有三组触点，两个状态。当两个刀开关都打到下侧时，马达控制中心过来的电源信号直接连接到#1灰浆泵电机上，变频器被旁路，实现灰浆泵的工频运行;当两个刀开关都打到上侧时，马达控制中心过来的电源信号连接至变频器，变频器的输出信号连接到#1灰浆泵电机上，灰浆泵由变频器控制，实现变频运行;当两个刀开关打在不同的方向时，整个系统电源回路断开，则不能实现任何控制方式。
4 操作控制功能实现
在灰浆泵系统中控制回路包括马达控制中心（原灰浆泵控制柜）和变频器控制两部分，其中马达控制中心部分实现改造前系统的控制，包括灰浆泵电源的合闸和跳闸，实现灰浆泵工频运行。变频器部分则分成启停控制和转速控制，变频器启停控制包括就地和远方两种操作方式，可通过就地的方式选择开关设定。变频器控制部分在就地控制柜中进行信号的综合，如图3所示，产生电源合闸、电源跳闸、变频器启动和变频器停止四个信号。在变频运行方式中，电源合闸、电源跳闸作用于马达控制中心，用于对变频器送电，正常情况下通过电源合闸使#1灰浆泵处于送电热备状态，如要运行#1灰浆泵，则必须通过就地或远方形成#1灰浆泵变频器启动指令，而变频器停止信号用于停止#1灰浆泵的运行;如果在运行中#1灰浆泵变频器发生停机故障，则切灰浆泵为工频运行，控制柜形成的电源合闸、电源跳闸信号改作为#1灰浆泵的启/停指令。
变频器转速控制包括手动调整和变频器自动控制两种方式，手动方式又分成就地模拟量调整、就地开关量调整和变频器操作面板上调整，手动和自动方式的选择由从就地操作控制器引至变频器的外部开关量信号（可由远方控制）进行设定，手动状态下操作方式的选择必须在变频器中进行适当的设置。
●变频器自动控制是主要的控制方式，将超声波液位计测出的灰浆泵前池水位信号输入到变频器，同时在变频器面板上输入水位的目标值，利用变频器内置的PID调节器进行自动调节，实现转速的控制，维持水位在正常的偏差范围内。
●就地模拟量调整是手动状态下主要的操作方式，在远方控制室或就地操作器上给出一个4～20mA的模拟量，利用该信号作为变频器的手动转速指令。
●就地开关量调整是模拟量调整的后备手段，当就地模拟量通道出现故障时（如AO故障、失电、断线），利用就地的增减按钮实现步进式调整，以防止变频器失控，保证灰浆泵的运行。
●变频器操作面板调整是控制的最后手段，利用面板上的操作按钮实现控制。
5 小结
变频器在灰浆泵系统中的应用，改变了以往使用节流方法调整灰浆泵前池水位的方式，获得了明显的经济效益：
●减少甚至基本避免了因节流而引起的调节阀及进出口管路磨损的现象，延长了调节阀的使用寿命，节约了大量的设备费用（一只调节阀近三万元）;
●达到了自动控制水位的目的，提高了系统的自动化水平，能维持灰浆泵前池水位在正常范围内，避免或大大减少了因水位下降引起打空泵而导致灰浆泵气蚀的可能，极大地降低了维护检修费用;
●减少了灰浆泵频繁启动或停止的次数，提高了灰浆泵的使用寿命;
●降低了灰浆浆泵运行的电耗，减少了电能的浪费，提高了系统的效率，经改造前后测算：灰浆泵工频运行时电流值平均为320A;利用变频器控制后，最高转速时电流值为300A，最低转速时电流值为50A，经运行人员测算平均为175A，平均电流减少了45%;
●实现了远方控制，为以后将灰浆泵及前池水位纳入单元机组DCS控制创造了前提条件。
本文作者的创新点：在利用变频器实现灰浆泵前池水位自动控制的同时，保留了灰浆泵工频运行回路，以方便快捷的方式实现变频和工频运行方式的切换，并实现了变频器的远方控制，提高了系统运行的经济性，达到了减人增效的目的。
杭州半山发电有限公司老厂区有四台燃煤机组，配有设计流量为760m3/h的工频运行的灰浆泵两台，将机组运行产生的灰水输送到公司内的脱水仓及澄清池，实现渣水的闭合循环，大渣经过脱水后用于综合利用，渣水经过澄清后通过回水泵打回到锅炉，重新用来进行冲渣。同时由于环保的需要，投运了污水处理系统，为了防止灰水外溢，不影响污水处理系统的正常运行，对原来排入渣沟的锅炉送、引风机及空预器等设备的冷却水进行了分流和回收再利用。
由于大量的冷却水被回收和再利用，引起了灰浆泵前池水位常常过低，造成灰浆泵打空泵。为了防止这种现象，通过调整灰浆泵出口调节阀来控制冲渣水量，正常运行时调节阀开度太小（一般仅为15%左右），引起调节阀及进出口管路磨损加剧，正常情况下两到三个月就需要更换调节阀;同时由于通过节流损失来控制流量，必须使泵电机维持在较高的转速下运行，造成电能的浪费。另外如果用通过补充工业水的方法防止打空泵，不仅浪费水资源，而且会引起灰水外溢，使污水处理系统不能正常运行。为了节约维护成本和水资源，降低能耗，采用以变频器为核心实现对灰浆泵的控制。
2 系统组成和变频器特性
灰浆泵控制系统组成如图1所示，保留两台灰浆泵并列运行的形式，只对#1灰浆泵实现变频控制，利用超声波水位计，实现灰浆泵前池水位的自动调节;同时设计旁路控制功能，在变频器故障的情况下实现#1灰浆泵的工频运行，保证灰浆泵系统的运行安全。#1灰浆泵电机型号为Y355M3-6，额定功率为200KW，工作电压为380VAC，额定电流为374A，转速为990rpm。
根据#1灰浆泵电机的工作特性，灰浆泵变频器选用ABB公司的ACS807柜机，ACS807柜机设计了完整的通风冷却系统和防尘功能，具体的技术指标如下：
型号：ACS800-07-0260-3+P901;
额定输出功率：200kW;
额定输出电流：445A;
电机电缆的推荐最大长度：300米;
环境：温度0～50℃，相对湿度5～95%（不结露），污染等级，不允许有传导性粉尘。
根据ACS807输出电流过温降容特性：额定电流的极限环境温度为40℃，超过40℃后，环境温度每增加1℃，额定输出电流降低1.5%，当环境温度达到变频器极限温度50℃时，额定电流降低15%，降至378A，满足灰浆泵电机电流374A的要求。
3 变频器控制和旁路控制方式切换
在灰浆泵系统组成中，#1灰浆泵在正常情况下由变频器控制，实现变频运行控制水位，为了保证灰浆泵系统的安全，在变频器故障情况下，仍保留灰浆泵工频运行的能力，通过旁路控制实现，以维持系统的安全。
因此在控制系统中必须实现变频控制和旁路控制方式的切换，控制方式的切换实现如图2所示。
控制方式通过两个刀开关就地硬手操切换实现，每个刀开关有三组触点，两个状态。当两个刀开关都打到下侧时，马达控制中心过来的电源信号直接连接到#1灰浆泵电机上，变频器被旁路，实现灰浆泵的工频运行;当两个刀开关都打到上侧时，马达控制中心过来的电源信号连接至变频器，变频器的输出信号连接到#1灰浆泵电机上，灰浆泵由变频器控制，实现变频运行;当两个刀开关打在不同的方向时，整个系统电源回路断开，则不能实现任何控制方式。
4 操作控制功能实现
在灰浆泵系统中控制回路包括马达控制中心（原灰浆泵控制柜）和变频器控制两部分，其中马达控制中心部分实现改造前系统的控制，包括灰浆泵电源的合闸和跳闸，实现灰浆泵工频运行。变频器部分则分成启停控制和转速控制，变频器启停控制包括就地和远方两种操作方式，可通过就地的方式选择开关设定。变频器控制部分在就地控制柜中进行信号的综合，如图3所示，产生电源合闸、电源跳闸、变频器启动和变频器停止四个信号。在变频运行方式中，电源合闸、电源跳闸作用于马达控制中心，用于对变频器送电，正常情况下通过电源合闸使#1灰浆泵处于送电热备状态，如要运行#1灰浆泵，则必须通过就地或远方形成#1灰浆泵变频器启动指令，而变频器停止信号用于停止#1灰浆泵的运行;如果在运行中#1灰浆泵变频器发生停机故障，则切灰浆泵为工频运行，控制柜形成的电源合闸、电源跳闸信号改作为#1灰浆泵的启/停指令。
变频器转速控制包括手动调整和变频器自动控制两种方式，手动方式又分成就地模拟量调整、就地开关量调整和变频器操作面板上调整，手动和自动方式的选择由从就地操作控制器引至变频器的外部开关量信号（可由远方控制）进行设定，手动状态下操作方式的选择必须在变频器中进行适当的设置。
●变频器自动控制是主要的控制方式，将超声波液位计测出的灰浆泵前池水位信号输入到变频器，同时在变频器面板上输入水位的目标值，利用变频器内置的PID调节器进行自动调节，实现转速的控制，维持水位在正常的偏差范围内。
●就地模拟量调整是手动状态下主要的操作方式，在远方控制室或就地操作器上给出一个4～20mA的模拟量，利用该信号作为变频器的手动转速指令。
●就地开关量调整是模拟量调整的后备手段，当就地模拟量通道出现故障时（如AO故障、失电、断线），利用就地的增减按钮实现步进式调整，以防止变频器失控，保证灰浆泵的运行。
●变频器操作面板调整是控制的最后手段，利用面板上的操作按钮实现控制。
5 小结
变频器在灰浆泵系统中的应用，改变了以往使用节流方法调整灰浆泵前池水位的方式，获得了明显的经济效益：
●减少甚至基本避免了因节流而引起的调节阀及进出口管路磨损的现象，延长了调节阀的使用寿命，节约了大量的设备费用（一只调节阀近三万元）;
●达到了自动控制水位的目的，提高了系统的自动化水平，能维持灰浆泵前池水位在正常范围内，避免或大大减少了因水位下降引起打空泵而导致灰浆泵气蚀的可能，极大地降低了维护检修费用;
●减少了灰浆泵频繁启动或停止的次数，提高了灰浆泵的使用寿命;
●降低了灰浆浆泵运行的电耗，减少了电能的浪费，提高了系统的效率，经改造前后测算：灰浆泵工频运行时电流值平均为320A;利用变频器控制后，最高转速时电流值为300A，最低转速时电流值为50A，经运行人员测算平均为175A，平均电流减少了45%;
●实现了远方控制，为以后将灰浆泵及前池水位纳入单元机组DCS控制创造了前提条件。
本文作者的创新点：在利用变频器实现灰浆泵前池水位自动控制的同时，保留了灰浆泵工频运行回路，以方便快捷的方式实现变频和工频运行方式的切换，并实现了变频器的远方控制，提高了系统运行的经济性，达到了减人增效的目的。
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