变频器在燃煤水暖锅炉系统上的应用

在锅炉运行中, 传统调节风量大小的做法是调节挡风板开度, 水流量的调节是靠调节管路阀门的开度来实现的。此方法实际上是通过人为增加阻力的办法来达到调节风量和循环水流量的目的, 这样虽能使水循环系统及锅炉运行稳定但因电机是在全速状态下运行, 会浪费大量电能, 这是其一;从传统的电机控制方式方法来说:一是直接启动, 二是降压启动。电机的直接启动电流是正常运行电流的4~7倍, 降压启动电流是直接启动电流的1/3, 这两种启动方法所带来的依然还是浪费电能, 这是其二;其三是上述两种启动方法都是在全速状态下的启动, 因此即会缩短电机的使用寿命, 也会增大被拖动设备磨损, 加大维修费用和缩短设备的使用周期。另外, 传统的管网补水方法有两种:一是靠供暖管网最高处水箱内的液位传感器控制补水泵补水, 二是靠压力罐与电接点压力表的配套使用来控制补水泵补水。这两种补水方法都是间断补水, 间断补水会使管网压力不稳定, 易产生气体局部於赌, 造成供暖质量下降。而且因启动方式也是全速启动, 所以也存在浪费电能和缩短电机的使用寿命及其缩短被拖动设备的使用周期的问题。变频器的应用不仅可以实现软启动和无级调速从而达到降低设备磨损和节约电能目的, 而且还能利用其自身完善的PID功能来实现恒压供水, 使管网压力稳定, 保证良好的供暖质量。其保护功能齐全, 电器硬件控制线路较传统的继电控制线路更简单, 故障率极低。本文将从几方面说明变频器的应用。

1 安装使用变频器注意的问题

1.1 安全注意事项

变频器在安装前应仔细阅读使用手册及附属资料, 再熟悉相关知识、安全信息以及全部有关注意事项后再进行按装、操作。否则不正确的操作将造成变频器的损坏或触电的发生。

1.1.1 防止触电

(1) 当通电或正在运行时, 不能打开前盖板。 (2) 在前盖板拆下时请不要运行变频器, 否则可能会接触到高电压端子和充电部分。 (3) 即使电源断开时, 除更换、检查外也不要拆下前盖板, 否则也可能因接触充电回路而触电。 (4) 检查更换时请在断开电源5~10分钟后, 用万用表等检测剩余电压消失后进行。 (5) 外壳必须进行接地或接零。 (6) 所有操作必须由专业技术人员进行。

1.1.2 防止火灾

变频器不能安装在可燃物体上, 也不能靠近易燃物品

1.2 使用环境

变频器的安装环境随品牌不同略有不同, 周围环境温度一般控制在-10℃~40℃之间, 若温度过高变频器需降容使用。湿度控制95%以下, 不能凝露。

2 变频器参数的设定

变频器的稳定运行条件主要条件有两个, 一是外部硬件线路的正确设计、布线、连接。二是参数的正确设定。线路的设计、布线、连接一般都比较简单, 易于完成。而参数的设定在变频器的应用中既是重点也是难点, 本文就这一问题将以三菱FR—F500变频器为例着重说明。

2.1 掌握变频器控制盘使用方法

任何品牌变频器在设定、改变参数前必须认真详细掌握控制面板的使用方法。三菱FR—F500变频器的FR—DU04控制面板有:监视模式、监视模式频率设定模式、参数设定模式、运行模式及帮助模、参数设定模式、运行模式及帮助模式五种, 这几种模式的转换用连续按 (MODE按键) 来完成。

监视模式:用来查看运行频率、电压、电流等数值。

参数设定模式:在PU运行模式下改变设定 (Pr) 参数。

频率设定模式:在PU运行模式下改变、设定运行频率 (内控时) 。

操作模式:在此模式下完成外部操作、PU内部操作、点动操作的转换。

帮助模式:在此模式下可以查看、清楚报警记录及将用户设定参数值初始化到出厂设定值等。

2.2 一般运行参数的设定

一般运行是指不需要完成PID闭环的运行、多段速度的运行等, 如普通控制的鼓、引机、除渣机、炉排、管网的循环水泵的运行。其参数设定简单, 需要设定的参数有:电机铭牌所标数据 (如极数、转速、电压、电流、功率因数等) 、保护数据参数 (最大、最小频率、最大电流) 、加速时间、减速时间、转向、应用宏、外控、内控等。因变频器的品牌繁多, 对具体的变频器要具体分析。对于三菱F500其参数号为:Pr1上限频率、Pr7加速时间、Pr8减速时间、Pr9电子过流保护。调整这些参数须在“参数设定模式”下进行。

2.3 P ID运行参数的设定

PID运行就是变频器自身依靠外部的给定值和反馈值进行的比例、积分、微分运算, 用此来自动完成的闭环控制。供暖管网系统中的补水泵依靠变频器的PID控制来完成系统的恒压补水任务, 其参数设定除要完成一般运行参数的设定外, 还要设定相关参数激活此功能。并还要选择给定值的来源 (内部给定、外部给定) 、给定值的大小、实际值的通道、实际值的组合状态、增益、微分时间、积分时间等。

对于三菱FR—F500变频器需要设定的参数有:Pr183为14, 确定RT端子为PID控制端子, 再将X14 (RT控制端子) NO, 激活PID功能。设定参数Pr128为20以确定PID控制方式。在外部操作模式下, 给定值由变频器控制端子2、5、10决定, 实际值由控制端子4、5决定, 在PU操作模或式组合模式下给定值由参数Pr133设定, 其它参数为默认值。

3 变频器运行中出现故障的原因及对策

在锅炉运行中变频器出现的故障主要有:自身故障、参数设定与外部接线不符故障、机械故障。

3.1 自身故障

主要是因变频器的质量问题、老化问题及人为因素造成的。品牌是确保质量的关键, 如ABB、三菱等。老化及人为因素的解决主要是三方面, 一是在安装时必须按手册规定的空间尺寸安装, 并保证环境温度当变频器工作时不能超50℃, 必要时要安装通风装置。二是按装的环境湿度以不结露为宜, 灰尘不能过大, 要对运行中的变频器及时清尘, 保证自身的洁净及风道畅通。三是要避免小马拉大车, 在设计选用变频器时要考虑有降容使用的可能, 所以要留有余量。

3.2 参数设定与外部接线不符故障

这类故障主要表现是变频器运行不稳定, 特别是在PID的运行模式时显得更为突出, 长时间使用还会造成变频器过早的损坏。这类故障的排除首先要按照手册要求确认外部硬件接线是否有误, 变频器一般运行的外部接线同PID运行的外部接线视品牌的不同而不同, 有相同的也有不同的。所以外部接线必须按手册的要求去接, 马虎不得。参数设定更要细心, 对手册的理解要全面透彻, 务必做到接线与设定的统一。三菱FR—F500的外部接线与设定如2.3节。

3.3 机械故障

因机械故障造成变频器出现过载故障的几率很大, 在实际应用中这类故障在电机启动过程中经常出现。对于FR—F500显示屏显示ETHT。

(1) 出现过载的原因主要有以下几方面。

(1) 机械本身的惯量大, 拖动起来容易过载。 (2) 在皮带传动的模式下, 因皮带条数多, 加之过紧, 造成的阻力过大, 拖动起来也容易过载。 (3) 在使用维护方面, 因机械长期不进行检修、维修, 造成传动轴承的润滑油老化变质, 以及轴承的自然磨损老化和因一些油脂的不合格, 容易在温度较低的气候条件下产生凝固等, 至使摩擦阻力加大, 所需的动力增加, 这样拖动起来也容易过载。 (4) 变频器本身的参数设定不合理时也有可能出现过载。

(2) 过载的处理对策。

基以上分析的几点原因, 在实际中处理故障的办法都比较简单, 当过载发生时, 首先要判断是哪方面的原因, 是机械方面的, 还是参数设定方面的, 其方法如下。

(1) 进行类比。在条件具备的情况下, 依照正常设备进行比对, 用手盘动设备, 观察设备的机械阻力是否与正常设备的阻力相一致, 若不一致, 则要针对阻力大的原因, 对照上述过载原因的分析, 查找故障所在。因设备自身阻力大造成的过载, 在现场是故障发生的主要因素。 (2) 因参数设定不合理造成的过载在实际中很少发生, 但因电机的更换造成与原始的参数不符, 这样发生的过载有可能出现。这时, 在处理故障时就必须同现场负责人进行详细的, 针对设备的检修、大修方面的情况进行调查、了解, 从中发现原因的所在。若电机更换过, 这是要查看更换的电机功率比原来的是大是小, 若大, 则过载原因有可能是参数有误造成的, 弱小, 则过载原因就不是参数有误造成的。但是, 如果变频器是新换的, 参数的设定有误是可能的。当发现参数有误不合理时, 要以电机为依据修改参数, 直至排除故障。 (3) 当阻力比对无明显异常, 参数设定也基本合理无误时, 用改变参数增加启动时间的方法, 处理在启动过程中的过载故障也是一个行之有效的方法之一。

4 结语

变频器在燃煤水暖锅炉系统上的应用前景非常广泛, 它不仅能取代传统继电控制而达到既节能又能减少机械磨损, 延长设备使用周期的目的。而且随着工控技术不断成熟和发展, PLC及工业组态共同应用, 实现完全的可靠的自动化将成为现实。

变频器应用范围不断扩大, 用户对变频器也越加熟悉, 处理变频器在使用中出现的问题将越来越容易, 本文所述的变频器在使用中出现的故障是最易出现的, 处理方法也是最简单有效的, 通过本文的讲述但愿能对同行有所启发、有所帮助。

摘要：由于变频器在电气传动中具有无冲击启动和软停机及便于调速的优良控制特性, 所以在燃煤水暖锅炉的电气控制系统中应用非常广泛, 属于较常见的电气设备。本文结合工作实际, 就变频器的安装使用应注意的问题、变频器参数的设定和变频器运行中出现的问题及对策做一简单探讨。

关键词：燃煤水暖锅炉,变频器应用,电气控制

参考文献

[1] 三菱变频调速器FR—F500使用手册.

[2] ABB ACS510—01低压交流传动用户手册.

[3] 施耐德AItivar 38使用手册.

[4] 西门子430使用手册.