锅炉给水采用变频器时应采取的安全冗余措施有哪些?

2017/4/14 21:53:43 人评论 次浏览 分类:液位测量  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/703.html

锅炉水位三冲量控制系统常用变频器或调节阀控制锅炉给水,本文介绍锅炉给水采用变频器时为提高自控系统可靠性而采取的安全冗余措施,帮助大家提高锅炉给水自控系统的可靠性。

传统的工业锅炉汽包水位三冲量控制系统中,通常选择气关式调节阀或电动调节阀,当自控设备断电或出故障时,给水气动调节阀开至最大位置,使给水流量达到最大,以保证锅炉的安全。
 
工业锅炉给水泵采用变频调速时,给水控制系统大多输出4-2OmA电流做频率给定信号。且频率给定信号与变频器输出频率成正比关系,生产中如果自控系统断电或变频器出故障,都会使变频器的给定频率信号为0,而导致变频器的输出频率为0Hz,使给水泵停转中断给水,这对锅炉安全是极不利的。因此应采取一定的措施,以避免断水事故的发生。
 
有的变频器有“模拟信号输入端子断线检出”功能,该功能控制的是一个触点信号,因此可充分应用该触点信号来实现冗余。但早期的变频器或有的变频器没有这一功能。对于安全要求较高的应用场合,可设计模拟给定信号断线检测和仪表电源供电检测电路,来实现安全冗余。昌晖仪表现以富士P9S变频器为例,对锅炉给水变频器自控系统和电气系统的冗余作一介绍。
 
锅炉给水变频器自控系统的冗余
【锅炉给水变频器自控系统方案一】
锅炉水位控制通常选用PID调节器,该类仪表具有下限限幅及报警输出功能,图1的电路可监视自控系统供电、PID调节器、手动操作器无输出及连接导线断路等故障,为便于跟踪操作,选用YR-GFY型智能手动操作器,该仪表输入输出为4-2OmA信号,具有自动、手动、强制手动三种工作方式。图1中检测手操器信号的仪表是一台智能显示控制仪(输入4-20mA,变送输出4-20mA)出或电流信号报警设定器(输入4-20mA,输出4-20mA),关键是电流检测报警点的选取。自动正常工作时,由于有电流信号输入变频器,R两端压降大于报警点,继电器KA1不动作,当由于某种原因使输入变频器的电流小于4mA时,继电器K吸合,使触点KA1-1断开,将操作器切换至强制手动,操作器手动状态指示灯闪亮,提醒司炉工注意。如果操作器正常,则切至强制手动后,按上升、下降键,将有控制电流输出,则R两端电压恢复正常,继电器K复原,触点KA1-1闭合,KA1-2断开;此时通过手动操作器手动方式来对变频器进行操作,如果是手动操作器断电或故障原因引起的电流小于4mA,则KA1无法复原,KA1-2闭合使变频器Xl、CM端子接通,变频器将按设定的第一速度运行(要将变频器20号参数设定为50Hz、32号参数设定为0000),保证了锅炉供水不中断。

锅炉给水变频器自控系统安全冗余示意图
 锅炉给水变频器自控系统安全冗余示意图

【说明】

示意图中11和C1为变频器频率设定电流端子;11、12和13为变频器频率设定电位器端子;X1和CM为变频器控制1输入端子;X4和CM为变频器控制4输入端子;30B和30C为变频器跳闸或故障报警输出(常开触点)端子。

当PID调节器输入信号线断路时,其输出电流为故障安全输出值的设定电流值,此值以≥75%较妥,此时不会报警。当PID调节器无电流输出,或操作器的导线断路时,操作器仍有输出,但其电流值小于4mA,智能显示控制仪报警,作用过程同上。为避免正常时的误动作,因此应对PID调节器输出下限的限幅值进行设定,且设定值应≥4mA。
 
【锅炉给水变频器自控系统方案二】
采取对变频器的频率给定信号在自动时用电流给定,手动时用电压给定。即增加一只电位器W来调整变频器的给定频率,当变频器00号参数频率命令设定为2时,变频器的给定频率信号为电流和电压两者之和,由于有两种频率设定信号输入变频器,提高了冗余度,但也存在问题,如果用电流作自动控制时,有人调动了电位器,使原给定频率信号发生变化,对系统造成扰动。为此可采取正常时变频器只接收电流信号,异常时接收电压信号;可使用转换开关,来实现自动时接入电流信号,手动时接入电压信号。而转换开关功能由变频器来担任,如图1中的虚线接法,并将变频器32号参数设置为0010,正常时继电器K不会动作,其常闭触点KA1-3使变频器X4、CM端子接通,使变频器的给定频率只接收电流信号,而调动电位器不起作用,当电流信号小于4mA时,继电器K吸合,触点KA1-4接通报警信号提醒司炉工注意、同时触点KA1-3断开,改由电位器手动来控制变频器的输出频率。保证锅炉供水不中断。
 
【锅炉给水变频器自控系统方案三】
考虑到仪表供电电源更易出故障,也可只监视控制器和PID调节器的供电是否正常。只需选择与仪表供电电压一致的一只继电器,与仪表接同一电源,并将其常闭触点接至变频器的X1、CM端子,变频器的20号、32号参数设定值同方案一,当仪表供电中断时,继电器线圈失压,常闭触点复原,发报警信号的同时,变频器输出频率为50Hz,使给水泵全速运转,水位通过调节阀门手动来控制。如果控制器与操作器的供电电源不一致时,可分别选用继电器,将其常闭触点并联接至变频器的X1、CM端子即可。
 
锅炉给水变频器电气系统的冗余
电气系统应设置变频器跳闸的声光报警信号,可在变频器30C、30B端子串入一个继电器KA2,作为变频器跳闸检测和报警用,继电器KA2触点接入八路闪光报警仪,以提醒司炉工来采取措施。即变频器跳闸后复位无效或变频器发生故障时,启动备用水泵或将水泵供电切换至工频电源,使供水不中断。
 
几乎所有的工业锅炉给水泵都设计和装备用水泵。因此直接启动备用水泵是最有效的方法,备用泵的供电多数用工频电源,设置一只备用水泵的电源正常指示灯很有必要。而变频、工频电源自动切换装置,可根据需要来设置,在设置时,有两个问题必须注意,即:
①变频与工频主交流接触器之间应设置可靠的电气互锁。如对电气元件的可靠性不太放心时,不如装一把双掷式三相刀闸,采取停机后人工切换电动机主电路,更安全可靠。
②需要电动机工频、变频电源自动切换时,在控制电路中还应考虑加装时间继电器,用来避开变频减速时间和电动机自由停机时间。

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