關(guān)于大型燃機變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行及控制特點的分析

李健民

摘 要：隨著近些年來我國對節(jié)能減排重視力度的不斷加大，在生產(chǎn)線上的大型燃機當(dāng)中也開始使用變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過對運行速度等進行自動調(diào)控，以此在有效減少系統(tǒng)故障的同時，可以達到節(jié)能降耗和延長燃機使用壽命的目的，確保燃機可以長時間地保持安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)?；诖?，本文將以某大型燃機為例，對其變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行以及控制特點進行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞：大型燃機 變頻調(diào)速系統(tǒng) 控制特點

中圖分類號：TK477 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0076-02

本文選擇的大型燃機為三菱公司生產(chǎn)的M701F4燃機，空氣進入到進氣過濾系統(tǒng)以及進氣室和進氣缸之后會被吸入到壓氣機當(dāng)中，經(jīng)過壓縮處理之后被送至燃燒室段中以實現(xiàn)燃料的充分燃燒，在有效避免燃料浪費的同時可以有效降低氮氧化物的排放，達到提升燃燒率和節(jié)能降耗的目的。而通過將變頻調(diào)速系統(tǒng)運用其中，則可以通過改變電動機的電源頻率科學(xué)調(diào)節(jié)速度，以進一步提升燃機的性能與工作效率。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成

由三菱公司生產(chǎn)的M701F4燃氣輪機當(dāng)中，帶有4級反動式葉片的透平段、20只繞壓氣機軸線環(huán)形布置的燃燒室等，并且葉片通過刷涂具有良好耐腐蝕性和耐高溫性的涂料，有效提升了葉片的性能[1]。在燃機透平段的動葉和靜葉上均安裝了冷卻系統(tǒng)。為了能夠有效保障分管燃燒器的燃燒室能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的充分燃燒，并且有效控制氮氧化物的排放量，在該燃氣輪機當(dāng)中安裝了由變壓器、整流器以及逆變器等共同組合而成的靜態(tài)變頻器，利用變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)對燃氣輪機運行速度的有效調(diào)節(jié)。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試特點

在M701F4燃氣輪機的變頻調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中，除了普通的感應(yīng)電機之外還擁有其他各種型號的電機。不僅如此，變頻器的數(shù)量相對比較多，而不同類型的變頻器其在控制方面的要求也截然不同。通常多使用矢量控制方式、V/F控制方式等。在對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行調(diào)試的初期階段，變頻器和Prodibus-DP網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò)之間還沒有實現(xiàn)完全連通，因此需要使用專門的調(diào)試軟件或是通過面板設(shè)置等方式才能完成變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試。在隨后的聯(lián)動試運轉(zhuǎn)階段當(dāng)中，工藝設(shè)備之間具有明顯的關(guān)聯(lián)性，因此也在很大程度上增加了變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試特點。而眼下隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛運用，目前變頻調(diào)速系統(tǒng)基本上已經(jīng)可以通過使用自動化的網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一控制。

3 大型燃機變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行與控制

3.1 變頻啟動

M701F4燃氣輪機變頻調(diào)速系統(tǒng)在運行過程中，其同步電動機就是發(fā)電機，在正式啟動前，需要利用盤車電動機帶動轉(zhuǎn)速。一般情況下，需要轉(zhuǎn)速達到每分鐘3轉(zhuǎn)，此后需要將燃氣輪機的靜態(tài)變頻調(diào)速器中的裝置輸入輸出開關(guān)合上，而后將轉(zhuǎn)子勵磁投入其中，此時脈沖在受到發(fā)晶閘管的觸發(fā)之后將會帶動發(fā)電機實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)[2]。一旦轉(zhuǎn)速達到一定數(shù)值之后，為了避免在后續(xù)點火過程中，因分管燃燒器的燃燒室當(dāng)中存在尚未充分燃燒的燃料以及氣體，影響燃氣輪機的正常使用，需要對M701F4燃氣輪機進行全面的清潔工作，徹底清除殘留在分管燃燒器當(dāng)中未能實現(xiàn)充分燃燒的可燃氣體。隨后即可在高速盤車的過程當(dāng)中，利用燃氣輪機的靜態(tài)變頻調(diào)速器在保持400r/min的轉(zhuǎn)速下完成電流的輸出工作。

本文選擇的由三菱公司生產(chǎn)的M701F4燃氣輪機，其將20%左右的額定轉(zhuǎn)速設(shè)定為規(guī)定點火轉(zhuǎn)速，并且要求其必須低于清掃轉(zhuǎn)速，因此在有效控制燃氣輪機靜態(tài)變頻控制器的過程當(dāng)中，需要通過在有效降低其輸出電流的基礎(chǔ)之上，調(diào)整電磁轉(zhuǎn)矩才能有效完成點火工作。當(dāng)成功完成點火之后，需要靜待大約40s，使得燃氣輪機能夠與靜態(tài)變頻調(diào)速器一同完成機組的帶動和加速工作。在分管燃燒器的燃燒室當(dāng)中，燃料得到充分燃燒之后，轉(zhuǎn)速將會迅速提升。當(dāng)其達到大約67%的額定轉(zhuǎn)速時燃氣輪機自身將自動保持較為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。而靜態(tài)變頻調(diào)速器則會慢慢控制輸出電流，并同時對發(fā)電機轉(zhuǎn)速進行實時觀察。一旦發(fā)現(xiàn)其達到大約77%的額定轉(zhuǎn)速之后，燃氣輪機的靜態(tài)變頻調(diào)速器將會直接將輸出和勵磁電流調(diào)至最小，并連同自身與調(diào)節(jié)勵磁的裝置一起退出。在這一階段中，拖動力矩和加速的重任將從發(fā)電機直接轉(zhuǎn)移至燃氣輪機的身上。

燃氣輪機在持續(xù)拖動加速之下，轉(zhuǎn)速越來越接近額定轉(zhuǎn)速，此時在M701F4燃氣輪機當(dāng)中專門用于調(diào)節(jié)勵磁的裝置將會進行起勵升壓，在同期裝置的幫助下，電網(wǎng)將正式“吸納”發(fā)電機。

3.2 控制勵磁

事實上，M701F4型燃氣輪機在運行變頻調(diào)速系統(tǒng)時，根據(jù)之前預(yù)設(shè)程序，將直接由靜態(tài)變頻調(diào)速器控制柜完成順序的控制工作。當(dāng)發(fā)電機不斷加速之下，通過有效控制電流使得發(fā)電機的轉(zhuǎn)速越來越高。如果發(fā)電機的轉(zhuǎn)速以及機端電壓均處于較低的水平狀態(tài)，則靜態(tài)變頻調(diào)速器將會直接向勵磁系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)信號，此時負責(zé)調(diào)解勵磁的裝置將會穩(wěn)定勵磁電流，以保障在設(shè)定時段下，勵磁電流能夠處于恒定狀態(tài)，進而達到加速發(fā)電機轉(zhuǎn)速的目的。而逆變器則將利用脈沖方式進行換相，也就是令靜態(tài)變頻控制器每隔60°電角度，便將輸出電流減至最小，徹底關(guān)斷逆變器可控柜，待其閉鎖功能完全恢復(fù)之后再開通下一相通流可控柜，從而使得燃氣輪機運行變頻調(diào)速系統(tǒng)的加速轉(zhuǎn)矩能夠保持最大值，以此有效帶動發(fā)電機的正常工作。但如果正好情況相反，即發(fā)電機轉(zhuǎn)速以及機端電壓本身已經(jīng)處于較高的狀態(tài)，則靜態(tài)變頻調(diào)速器同樣會向勵磁系統(tǒng)發(fā)送信號，但此時負責(zé)調(diào)解勵磁的裝置將會有目的地控制勵磁電流，從而有效穩(wěn)定機端電壓。逆變器將使用負荷換相的方式進行換相，在定子在任一換相點當(dāng)中所產(chǎn)生的磁場都會旋轉(zhuǎn)60°，此時在勵磁系統(tǒng)的激磁作用下，位于發(fā)電機當(dāng)中的轉(zhuǎn)子將會轉(zhuǎn)化成磁體，此時燃氣輪機的靜態(tài)變頻調(diào)速器將會利用這一磁體轉(zhuǎn)子帶動發(fā)電機進行加速旋轉(zhuǎn)[3]。

3.3 勵磁運行

M701F4型燃氣輪機在啟動靜態(tài)變頻調(diào)速器時，如果發(fā)電機的機端電壓無法達到規(guī)定的標準值，則發(fā)電機機端勵磁將無法轉(zhuǎn)化勵磁使之為發(fā)電機提供充足的電流。為有效解決這一問題，在靜態(tài)變頻調(diào)速器當(dāng)中通常會設(shè)置勵磁啟動盤，并將專用啟動變壓器安裝于其中，當(dāng)燃氣輪機運行靜態(tài)變頻調(diào)速系統(tǒng)時，啟動變壓器將會在勵磁啟動盤當(dāng)中發(fā)揮作用，負責(zé)使用其他的勵磁運行方式為發(fā)電機提供必要的勵磁。在燃氣輪機停止運行靜態(tài)變頻調(diào)速系統(tǒng)之后，機組的轉(zhuǎn)速基本已經(jīng)達到了額定轉(zhuǎn)速值，此時勵磁系統(tǒng)將直接轉(zhuǎn)化成自并勵的接線方式，勵磁系統(tǒng)只需要按照平時的運行方式進行正常運行即可。

4 結(jié)語

總而言之，通過在大型燃機當(dāng)中使用變頻調(diào)速系統(tǒng)，確實能夠在很大程度上減少燃機的能源消耗，對于保障其實現(xiàn)正常穩(wěn)定運行有著積極作用?？紤]到變頻調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中的變頻器以及電機等類型多種多樣，在運行和控制方面的要求也不盡相同。因此工作人員在啟動大型燃機變頻調(diào)速系統(tǒng)的過程當(dāng)中，還需要充分結(jié)合實際情況，做好相應(yīng)的調(diào)試準備以及常規(guī)檢查工作，從而確保大型燃機變頻調(diào)速系統(tǒng)的正常運行。

參考文獻

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[3] 李中望.基于矢量控制的軋鋼機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與仿真[J].綏化學(xué)院學(xué)報，2015，35（3）：155-157.endprint