高压变频器在锅炉辅机控制回路中的应用

文/魏庆庆（安徽皖维高新材料股份有限公司）

许多企业在建设初期使用的设备，如风机、水泵等，其动力部分都采用了高压三相异步电动机，在风机、水泵的出口处增加挡板或阀门，通过调节挡板或阀门来调节风量或水量的大小，这种方式会使风门磨损严重，带来检修频繁、电机能耗高等问题，不利于企业的发展。高压变频器由变压器柜、功率柜、旁路柜、控制柜组成，其作用是调节频率，可将原来频率固定不可调的设备转变为频率可调的设备，通过调频控制高压三相异步电动机的转速，达到减少风门磨损和节电的目的。随着高压变频器技术的进步，其在电动机特别是高压三相异步电动机领域的应用已日趋成熟。近年来，高压变频器的使用和改造在企业得到了大力推广，节能效果显著。本文以锅炉风机为例，总结高压变频器改造过程中高压变频器控制部分如何与高压开关柜及分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）之间的控制部分对接。

一、改造前6 kV 高压开关柜动作原理和改造要求

1.动作原理

6 kV 高压开关柜原接线方式如图1 所示。

图1 6kV 高压开关柜原接线方式

锅炉风机的正常启动顺序是：中控室点击启动按钮→DCS 驱动ZJ 继电器使其带电→ZJ 继电器常开触点闭合→驱动ZJ1 继电器线圈得电→ZJ1 的辅助触点位置改变/ZJ1常开触点闭合→通过微机保护装置→高压开关的合闸线圈HQ 带电→高压开关合闸→风机运行。

运行中正常停机顺序是：中控室点击停机按钮→DCS驱动ZJ 继电器失电→ZJ 常开触点打开→ZJ1 线圈失电→ZJ1 常闭触点闭合→通过微机保护装置→高压开关的分闸线圈TQ 带电→高压开关分闸→风机停运。

2.高压变频器改造技术要求

高压变频器改造后，高压开关柜合闸后6 kV 电源送至高压变频器，启动高压变频器，高压变频器给定频率启动电机运行。

高压变频器改造后要满足以下技术要求：

（1）高压变频器处于变频状态时，若高压变频器具备运行条件，则发出允许高压开关合闸的信号，且此信号为保持信号；若高压变频器不具备运行条件，则不会发出允许高压开关合闸的信号，高压开关不允许合闸，且无法合闸。

（2）高压变频器处于工频状态时，变频器要发出工频允许启动信号，确保在高压变频器本身故障的情况下允许高压开关合闸。

（3）高压开关合闸后，要反馈一个已合闸的信号给高压变频器；高压开关分闸后，要反馈一个已分闸信号给变频器。合闸和分闸的反馈信号通过本身的一对常开触点和一对常闭触点来实现。

（4）当高压变频器本身故障时，要发出跳高压开关的指令，使高压开关跳闸。

（5）高压变频器柜门上应设有紧急停机按钮，紧急情况下按下紧急停机按钮，使高压开关分闸断电。

二、高压变频器改造后的动作原理与技术要点

1.动作原理

高压变频器改造后的控制接线如图2 所示。

图2 高压变频器改造后的控制接线

高压变频器启动是通过驱动变频器K9 继电器，变频器驱动继电器K9 触点闭合使KA 继电器线圈带电，KA 继电器常开触点闭合使ZJ1 线圈带电，ZJ1 常开触点闭合通过保护装置使合闸线圈HQ 带电，高压开关合闸。

高压变频器停止是通过驱动变频器K9 继电器，变频器驱动继电器K9 触点断开使KA 失电，ZJ1 线圈失电，ZJ1常闭触点闭合，接通跳闸回路，使高压开关跳闸。

2.技术要点

（1）变频器驱动K9 是一个保持触点，正常运行时K9是保持闭合的。若K9 断开，高压跳闸。

（2）在原DCS 合闸回路中串入变频器工频允许启动触点（图2 虚线框中），在变频器本身发生故障转入工频状态时，变频器发出允许工频合闸信号，高压开关才可以合闸；如果变频器这对触点不闭合，即使DCS 驱动ZJ 高压开关也不会合闸。

（3）增加了一个中间继电器KA。即使不增加KA 继电器也可以直接用变频器的驱动K9 来代替实现高压变频器的启停。但这样就无法区分是工频驱动的分合闸还是变频驱动的分合闸，因为无论工频启动电机还是变频启动电机，结果都是使ZJ1 线圈带电，使高压开关合闸，没有任何区别。增加了KA 继电器后，若KA 继电器和ZJ1 继电器同时运行，则说明电机就是在变频状态下运行；若只有ZJ1 继电器在运行，KA 继电器未运行，则说明电机在工频状态下运行。

（4）当变频器发生内部故障时，可通过紧急停止按钮，接通高压开关跳闸回路，使高压掉电。

三、改造后节电效果对比

6 月份改造前后电量对照见表1。由表1 数据可以看出，改造后电量比改造前的电量明显下降，总用电量由约37000 kWh 降至约21000 kWh，节电率在40%以上，节电效果显著。

表1 锅炉风机日用电量对照表（单位：kWh）

四、结语

高压三相异步电动机变频器改造后运行正常，变频启动时的电机电流比较平滑，减少了直接启动时大电流的冲击，改造后节电效果显著。