SHRT机组变频器与汽轮机转速同步自动调节控制方法与流程

本发明属于余热发电技术邻域，应用于钢铁冶金流程中能量回收利用设备，具体是一种shrt机组变频器与汽轮机转速同步自动调节控制方法。

背景技术：

我国钢铁工业能耗占国家总能耗的16.3％，其能耗来源主要是烧结和炼铁两个工段，其中烧结工段占10～20％，仅次于炼铁工段的70％，所以优化烧结工艺及动力设备系统以实现节能减排尤为重要。烧结主抽风机是烧结工序的必要能动设备，通过电动机驱动运行，为烧结系统供风。烧结系统的回收余热主要在烧结机后面的3～5个烟箱及冷却机的第一个烟罩处，通过余热锅炉产生蒸汽，用余热汽轮机驱动发电机发电。

传统的烧结余热发电机组与电动机拖动烧结主抽风机机组是两个独立的机组，隶属于不同厂房，不同用途的动力旋转设备。烧结余热能量回收与烧结主抽风机联合机组(sinterblowerresidualheatrecoveryturbine)，简称shrt机组，如图1所示，由烧结余热发电机组和烧结主抽风机组集成配套而成，包括烧结风机3、变速离合器2、低温余热汽轮机1、电动机4、仪控系统5、mcc系统6(电气控制系统)。该shrt机组配置方式的优势在于：第一，取消了发电机，机组将烧结余热回收的能量直接作为旋转机械能补充在轴系上，与电动机同轴驱动烧结主抽风机，电动机只需输出烧结主抽风机耗能和余热汽轮机做功的功率差。降低了原电动机运行的电流，使驱动烧结主抽风机的电动机在线降低电流而实现节能；第二，不向当地电网供电，节减了供电审批程序；第三，与余热发电机组相比，提高了能量回收率6％～8％；第四，机组余热能量回收60％～80％；第五，减少设备、厂房等物资投入。在此基础上shrt机组若能够实现变频运行，可在保证能量高效回收的同时更有效地降低电能的消耗。

目前，shrt机组使用时，在电动机4通过变频器7调速的过程中，以降转速为例说明:在降速过程中，由于汽轮机1的做功使得电动机4将承受很大的反向力矩，导致电动机4电流不断减小，以至于电动机4进入发电状态(因为电动机4定子转速小于转子转速)，电动机4通过变频器7向电网反向输入电能，而普通的两象限变频器不具有反向输入的功能，这种情况下变频器7直流母线电压不断升高，最终变频器7故障跳闸导致机组联锁停机。因此，shrt机组如何实现变频过程中机组的调速过程的平稳是亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对上述shrt机组变频过程中机组的转速控制问题，本发明的目的在于，提供一种shrt机组变频降速过程中汽轮机同步自动调节的控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种shrt机组变频器与汽轮机转速同步自动调节控制方法，具体包括如下步骤：

(1)在变频器中设定转速调节速率a；

(2)实时检测工况，如果需要机组升转速运行，执行步骤(3)；如果需要机组降转速运行，则执行步骤(4)；

(3)机组降转速运行控制，具体操作如下：

变频器发出“准备降速”指令至deh，汽轮机从功率调节模式切换到转速调节模式，切换完成后，仪控系统判断机组是否满足降速条件，若满足，deh反馈“允许降速”信号到变频器，变频器收到允许信号后，执行机组降速调节，包括如下操作：

1)第1s内，电动机通过变频器降转速a转；

2)第2s内，通过deh控制汽轮机调节门的开度，将汽轮机转低a转。

3)实时检测电动机的电流，待其稳定后，重复1)和2)步骤，直到电动机转速达到目标值，降转速过程结束。

(4)机组升转速运行控制，具体操作：保持调节汽轮机调节门开度不变，电动机通过变频器升转速直到机组转速达到目标值。

进一步的，所述变频器的调速精度等于deh的调节精度，单位：转/秒。

进一步的，所述步骤(4)中，所述电动机的升速速率为6～10转/秒。

进一步的，该方法还包括步骤：汽轮机进入入口压力控制，具体操作如下：

当机组转速调至目标转速且电动机的电流稳定时，通过deh控制汽轮机调节汽门的开度，使得汽轮机的入口压力始终为设定压力。

相较于现有技术，本发明的方法的优点如下：

1、本发明的方法不需人为干预，保证了在机组升转速过程中电机电流的稳定，有效解决了调速过程中出现的因电动机电流波动引起的变频器故障跳闸问题。

2、本发明的方法中，汽轮机转速随电动机变化，对于汽轮机的控制属于随动式控制，因此在deh控制精度不高的情况下优势凸显，并且对转速控制算法的要求不高。

3、应用本发明的方法，实现变频调节shrt机组，进一步节省了电能。

附图说明

图1是本发明的方法所应用的shrt机组的结构示意图。

图2是汽轮机入口压力、汽轮机调节门开度控制双闭环控制框图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

本发明首先通过对烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组工艺系统的研究，以及电动机及其配套变频器工作原理的研究，分析机组在变频调速过程中遇到问题，提出机组调速控制方法。

以下根据附图，分析在变频shrt机组调速过程中可能遇到的问题：在机组已启动并正常运行的情况下，由于工况的变化(如烧结抽风量需求减小)，机组需降转速运行，降速过程以电动机4为主导、汽轮机1配合调速，假设汽轮机1未参与配合调节，而直接通过变频器7降低电动机4转速，其结果是电动机4定子转速虽然下降，但在汽轮机1的拖动下电动机4的转子转速并不会下降(或下降缓慢)，导致电动机4进入发电状态、电动机4电流不断减小，电动机4开始反向输入电能给变频器7，变频器7直流母线电压随之升高，最终变频器7故障跳闸，机组联锁停机。基于此，本发明提出在电动机降转速过程时汽轮机1也必须参与调节，思路是通过deh502调节汽轮机1转速一同下降(机组升转速调节亦同此方法)。

参照图1，本发明的方法所应用的变频调节shrt机组，包括汽轮机1、变速离合器2、带有双输出轴的烧结风机3、电动机4、仪控系统5(包括mis501、deh502、pic503)、mcc系统(电气控制系统)6、vfds变频调速系统7、fcv(汽轮机调节门)10，烧结风机3的一输出轴端与电动机4同轴连接，另一输出轴端通过变速离合器2与汽轮机1同轴连接(当汽轮机1转速达到啮合转速时变速离合器2啮合并为轴系做功)。

首先对图1中的主要部件进行说明：

se12：转速传感器，用于检测汽轮机1转速。

zt9：阀位变送器，用于检测汽轮机调节门fcv10开度。

pt11：汽轮机4入口压力变送器。

deh502：指电液调节系统，其通过输出4～20ma控制信号给伺服阀8(如voith阀)，来调节汽轮机调节门10的开度，可实现汽轮机转速/功率的调节。其通过接收阀位变送器zt9的反馈信号并与控制信号比较，形成闭环控制系统。

vfds7：变频调速驱动系统，即变频器。

电流互感器202：包括在变频器7中，用于电动机4的电流的检测。

mcc6：马达控制中心，即电气控制系统。

pic503：汽轮机入口压力控制器，该控制器为闭环控制回路，测量值来自压力变送器pt11，设定值按照工艺要求人工给定。

啮合开关zs201：用于检测变速离合器和联轴器是否啮合。

下面介绍本发明的具体实施方法：

步骤1，变频shrt机组调速。具体包括如下子步骤：

(1)在变频器vfds7中设定转速调节速率；

通常情况下，变频器7的调速精度高于deh502,所以调节速率的最小值受限于deh502的调节精度，即可将deh502的调节精度a作为转速调节速率，单位：转/秒。

(2)实时检测工况，如果需要机组升转速运行，执行步骤(3)；如果需要机组降转速运行，则执行步骤(4)；

(3)机组降转速运行控制，具体操作如下：

变频器vfds7发出“准备降速”指令至deh502，汽轮机1从功率调节模式切换到转速调节模式，切换完成后，仪控系统5判断机组是否满足降速条件(即机组运行正常，无报警项)，若满足，deh502反馈“允许降速”信号到变频器7，变频器7收到允许信号后，执行机组降速调节，包括如下操作：

1)第1s内，电动机4通过变频器7降转速a转；

2)第2s内，通过deh502控制汽轮机调节门10的开度，将汽轮机1转低a转(也即是以调速前汽轮机1的实际转速为基准，降a转)。

3)实时检测电动机4的电流，待其稳定后(程序自动判断其波动在允许的范围内，如±2％)，重复1)和2)步骤，直到电动机4转速达到目标值(转速目标值由人工设定)，降转速过程结束。

(4)机组升转速运行控制，具体操作如下：

升速过程中，汽轮机1转速不参与调节(即保持调节汽轮机调节门fcv10开度不变)，电动机4通过变频器7升转速直到机组转速达到目标值(转速目标值由人工常规设定)；当电动机4通过变频器7升转速时，汽轮机1相当于突然被卸载，其转速自然会跟随电动机4提升，因此，为了保证汽轮机1能及时跟随电动机4升转速，需限定电动机4升速速率6～10转/秒。

步骤2，汽轮机1进入入口压力控制模式

由于汽轮机1入口蒸汽来自锅炉，如果不对汽轮机入口压力pt11进行控制，将直接影响到锅炉的安全运行，所以汽轮机入口压力pt11的稳定对工艺十分重要。具体操作如下：

当机组转速调至目标转速、电动机4的电流稳定时，由pic503控制器、deh502、伺服阀8、阀位变送器zt9、压力变送器11组成的双闭环系统(如图2所示)投入自控控制，即通过deh502控制汽轮机调节汽门10的开度，来稳定汽轮机1的入口压力始终为设定压力。从而保证了汽轮机1能够在入口压力稳定的前提下为整个轴系做功，降低电动机4功耗，达到节能的效果。至此，机组降速过程结束，机组正常运行。

本发明解决了变频调节shrt机组调速过程中存在的问题，可以看出，本发明的方法中汽轮机1转速随电动机4一起主动调节，因此该方法在deh502控制精度较高的情况下更具优势，整个调速过程电动机4的电流平稳，调速过程不需人为干预，具有很高的自动化程度。此外，shrt机组从其工作原理上来讲提高了能量的回收率，而变频调节shrt机组无异于锦上添花，更大程度的节省了电能，因此该发明方法意义重大，能够为企业带来很大的经济效益与价值。本发明的方法在邯郸钢铁shrt项目机组中得到验证，整个调速过程电动机电流比较平稳，调速过程全自动化，不需人为干预，有效解决了降速过程中出现的因电动机电流波动引起的变频器故障停机问题。