一、引言 熱電廠鍋爐點(diǎn)爐及運(yùn)行中通過燃燒柴油來點(diǎn)爐和助燃的，過程是通過鍋爐前墻油槍噴射出的燃油燃燒完成的，燃油的輸送是從油灌經(jīng)燃油供油泵通過管道輸送至鍋爐油槍的。原設(shè)計中燃油泵采用的是交流異步電機(jī)直接驅(qū)動（電機(jī)在設(shè)計時為了滿足最大負(fù)荷的要求留有20%-50%的余量）直接驅(qū)動，由于電機(jī)只能工頻運(yùn)行，當(dāng)流量按工藝要求需要變化時，只能通過人為增大或減小閥門開度改變流量或由回油調(diào)節(jié)改為進(jìn)油調(diào)節(jié)，這種控制方式會使泵出口閥門和管道有較大壓損，造成電機(jī)效率低、能耗大，供油母管壓力不穩(wěn)定影響鍋爐的運(yùn)行甚者發(fā)生滅火停爐事故；此外，其啟動電流較大，尤其過大的起動轉(zhuǎn)矩對電機(jī)和傳動機(jī)械產(chǎn)生巨大沖擊。為解決這些問題，我們采用德國西門子MM430 型變頻器對燃油輸送系統(tǒng)進(jìn)行了改造，目的是通過變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道燃油的流量，節(jié)省大量的電能。 二、 變頻器調(diào)速的原理及特性 異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率f 來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的，在調(diào)速中從高速到低速都可以保持較小的轉(zhuǎn)差率，因而消耗轉(zhuǎn)差功率小，效率高，是異步電動機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。 由公式 n＝60f/p（1—s） 可以看出，若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調(diào)速已成為異步電動機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。 變頻調(diào)速具有如下顯著的優(yōu)點(diǎn)： （1）由設(shè)備設(shè)計余量而導(dǎo)致“大馬拉小車”現(xiàn)象，因電機(jī)定速旋轉(zhuǎn)不可調(diào)節(jié)，這樣運(yùn)行自然浪費(fèi)很大，而變頻調(diào)節(jié)徹底解決了這一問題； （2）由負(fù)載檔板或閥門調(diào)節(jié)導(dǎo)致的大量節(jié)流損失，在變頻后不再存在； （3）某些工況負(fù)載需頻繁調(diào)節(jié)，而閥門調(diào)節(jié)線性太差，跟不上工況變化速度，故能耗很高，而變頻調(diào)節(jié)響應(yīng)極快，基本與工況變化同步； （4）異步電動機(jī)功率因數(shù)由變頻前的0.85 左右提高到變頻后的0.95 以上； （5）可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速啟動，無啟動沖擊電流，從而降低了啟動負(fù)載，減輕了沖擊扭振。 （6）高壓變頻器本身損耗極小，整機(jī)效率在97％以上。對風(fēng)機(jī)、泵而言，流體力學(xué)有以下原理：輸出流量Q 與轉(zhuǎn)速n成正比；輸出壓力H 與轉(zhuǎn)速n2 正比；輸出軸功率P 與轉(zhuǎn)速n3 正比； 即： Q1/Q2＝n1/n2 H1/H2＝（n1/n2）2 P1/P2＝（n1/n2）3 當(dāng)風(fēng)機(jī)、泵流量需要改變時，如調(diào)節(jié)閥門的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時，當(dāng)電機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速時，理論節(jié)電為 E=〔1-（ n′/n）3〕×P×T （kWh） 式中： n－額定轉(zhuǎn)速 n′—— 實際轉(zhuǎn)速 P——額定轉(zhuǎn)速時電機(jī)功率 T——工作時間 可見，通過變頻對風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。 [align=center] 用調(diào)節(jié)閥門來調(diào)節(jié)流量時的曲線[/align] [align=center] 靠調(diào)節(jié)電機(jī)速度來調(diào)節(jié)流量時的曲線[/align] 三、輸油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與變頻器調(diào)速的運(yùn)行方式及使用效果 3．1 燃油輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 根據(jù)油站工藝結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 由圖1 本系統(tǒng)中由三臺供油泵、一臺卸油泵、閥門等組成，通過就地控制柜及遠(yuǎn)程程控控制、上位機(jī)操作。 [align=center] （圖1）[/align] 系統(tǒng)中，輸油泵轉(zhuǎn)速是通過壓力變送器反饋來的4-20mA流量信號（作為PID 反饋信號）送至變頻器且把集控室母管壓力設(shè)定信號4-20mA（作為PID設(shè)定值）送至變頻器，在內(nèi)置PID 功能的西門子MM430 變頻器中進(jìn)行PID 運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為變頻器的運(yùn)行頻率輸出進(jìn)行燃油流量的自動調(diào)節(jié)。當(dāng)管線內(nèi)流量低于工藝要求時，反饋信號減小使得輸油泵轉(zhuǎn)速升高，管線內(nèi)流量增大直至流量達(dá)到工藝要求；反之，輸油泵轉(zhuǎn)速下降，管線流量減小。由于閉環(huán)系統(tǒng)模糊控制的PID 技術(shù)，控制系統(tǒng)的精度、功能及使用效果都得到了很大提高。 3．2 變頻調(diào)速的運(yùn)行方式 根據(jù)輸油泵運(yùn)行特點(diǎn)每臺泵都有選擇“工頻/變頻”選擇方式，工頻、變頻電源分開雙路電源，在變頻器故障時保證生產(chǎn)的連續(xù)，KM1、KM3、KM5為變頻接觸器，KM2、KM4、KM6和KM1、KM3、KM5之間使用常閉接點(diǎn)實現(xiàn)互鎖，工頻和變頻之間的切換由SA轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)；為了維修安全，每臺電機(jī)裝有隔離斷路器。三臺輸油泵變頻控制根據(jù)先投入先投出的原則，三臺輸油泵循環(huán)控制，自動加減泵，從而保持母管輸出壓力恒定；當(dāng)某臺輸油泵長時間運(yùn)行時，定時切換到其他泵變頻運(yùn)行。 具體運(yùn)行方式： 每臺電機(jī)有就地/遠(yuǎn)程、手動/自動、工頻/變頻選擇方式合理運(yùn)行系統(tǒng)。A泵投入變頻運(yùn)行（閉環(huán)PID控制：壓力變送器——-變頻器——-上位機(jī)形成閉環(huán)）；當(dāng)A泵變頻運(yùn)行到50HZ時，母管壓力還達(dá)不到設(shè)定值，處于壓力下限；此時自動啟動B泵工頻運(yùn)行,A泵閉環(huán)PID變頻運(yùn)行，B泵變頻工頻運(yùn)行;當(dāng)A泵變頻運(yùn)行到50HZ時, 母管壓力還達(dá)不到設(shè)定值，處于壓力下限, 此時自動啟動C泵工頻運(yùn)行，A泵閉環(huán)PID變頻運(yùn)行，B、C泵變頻工頻運(yùn)行；當(dāng)此時A泵變頻頻率運(yùn)行到頻率下限時，母管壓力高于設(shè)定值，處于壓力上限，此時停止B泵運(yùn)行，C泵變頻工頻運(yùn)行，A泵閉環(huán)PID變頻運(yùn)行；當(dāng)此時A泵變頻頻率運(yùn)行又到頻率下限時，母管壓力高于設(shè)定值，處于壓力上限，此時停止C泵運(yùn)行， A泵閉環(huán)PID變頻運(yùn)行；當(dāng)A泵變頻運(yùn)行到50HZ時，母管壓力還達(dá)不到設(shè)定值，處于壓力下限；此時啟動A泵，A泵閉環(huán)PID變頻運(yùn)行，C泵工頻運(yùn)行。就這樣三臺輸油泵循環(huán)控制，保持母管輸出壓力恒定，使三臺輸油泵得到合理運(yùn)用，避免某臺泵長時間運(yùn)行而出故障，某臺泵閑置，得不到合理運(yùn)用而浪費(fèi)。控制系統(tǒng)由PLC實現(xiàn)，增加了系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的運(yùn)行指令由集控室發(fā)出，控制邏輯由PLC實現(xiàn)。 對于變頻器的功能設(shè)定，可預(yù)先將啟動及電機(jī)數(shù)據(jù)輸入變頻器。選擇DTC直接轉(zhuǎn)矩控制并對電機(jī)進(jìn)行ID辨識運(yùn)行，以辨出電機(jī)特性跟蹤尋找電機(jī)最優(yōu)控制策略。 3．3 使用效果 （1）調(diào)速范圍寬。一般輸油泵電機(jī)正常工作頻率范圍為30-50Hz，而變頻器調(diào)速范圍為0-50Hz，可見變頻調(diào)速系統(tǒng)完全能滿足生產(chǎn)工藝的要求。 （2）電機(jī)啟動無沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)。原系統(tǒng)只能在50Hz頻率點(diǎn)運(yùn)行，輸油泵啟電機(jī)停時對設(shè)備震動較大。使用變頻器后，電機(jī)可以從零速啟動，開始輸入的啟動轉(zhuǎn)矩小，然后才漸漸平穩(wěn)升速，從而減小對設(shè)備的沖擊。 （3）控制精度高。由于采用了實時反饋信號對電機(jī)控制，減少了傳統(tǒng)控制人為因素對生產(chǎn)的干擾，提高了控制精度。 （4）靈活性強(qiáng)。由于采用了PLC 技術(shù)，在實現(xiàn)和豐富系統(tǒng)功能時，僅通過軟件編程就可容易實現(xiàn)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。 （5）節(jié)能效果好。原系統(tǒng)不論生產(chǎn)所需的燃油流量多大，輸油泵電機(jī)只能工作在50Hz工頻點(diǎn)上，造成很多電能白白浪費(fèi)；而變頻器可根據(jù)流量燃油變化在0-50Hz范圍內(nèi)可調(diào)，很多工程數(shù)據(jù)資料都表明，使用變頻器后可普遍節(jié)電約30%[3]。可見，具有很好的節(jié)能效果。 4 結(jié)語 由于變頻器技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、節(jié)電效果顯著，因此是一種理想的調(diào)速控制方式；尤其應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的控制，既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝的要求，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。另外，配以PLC 和計算機(jī)等，可根據(jù)需要很靈活實現(xiàn)其它較復(fù)雜的控制，使設(shè)備的自動化程度得以進(jìn)一步提高。