摘 要：通過介紹1600T/h商業混煤工程項目，論述基于變頻驅動器技術的商業配煤系統設計原理。重點解決配煤系統低頻大扭矩驅動系統的艾默生 CT公司SK6402變頻技術應用設計，項目通過監測軟件CTsoft對變頻驅動器狀態進行全面監控，以確保系統調試的最優化。
關鍵詞：發電 配煤 煤倉 低速大轉矩變頻驅動

1 引言

煤炭混配是通過大規模工業生產方式，根據不同的燃煤用途，人為的創造出自然界原煤所不具備的最理想經濟的專用燃煤。混煤就是將若干種不同種類、不同性質的煤按照一定比例摻配加工而成的混合煤。它雖然具有其組分煤的某些特征，但其綜合性能已有所改變，實際上是人為加工而成的一種新的“煤種”。動力配煤的基本原理就是利用各種煤在性質上的差異，相互“取長補短”，發揮各煤種的優點，最終使配出的混合煤在綜合性能上達到“最佳性能”以滿足用戶要求。

對于工業發電鍋爐的發電用煤，如果煤炭的發熱溫度過高，就會損耗設備；一旦發熱溫度達不到要求，設備的工作效率就上不去。出于這樣的考慮，把一些低質的、不大符合電廠設計要求的煤炭和發熱量超出電廠設計要求的優質煤炭進行混配，以最接近設計指標的要求，取得最好的燃燒效果，這就是“動力配煤”。動力配煤的目標就是把一些低質的煤和一些優質的煤進行混配，以達到接近所需要的配置要求。例如東南部沿海地帶由于工業發達電廠供電需求大，但是由于進口印尼電煤低灰低硫低發熱量低，因此如果能夠和內地高硫高熱匹配互補混配，就達到既提高熱量又能降低硫分的目的。由于進口煤的價格便宜而且貨源穩定，因此在價格上將很有競爭力。另外，從煤炭利用的角度來說，配煤項目符合潔凈煤發展政策，采用精細化全自動控制化判別系統，混配出來的產品質量也更加穩定和更容易控制。

2 配煤系統設計

動力配煤很早就提出來了，但總體上來說技術還比較粗放。 隨著煤炭價格的市場化，煤炭生產廠和客戶端開始直接接觸，很多企業都開始從事配煤行業，但現在國內大部分企業都是采取粗放的配煤方式，不夠精細。技術含量低，混配出來的煤炭質量和穩定性就差，煤炭的不均勻性決定了取樣難度比較大，混配的誤差也就比較大。

2.1 工藝原理

工業煤炭混配配煤通常使用多倉混煤系統，根據設定的比例實現混合控制使得煤倉的煤混合在一起。該系統設備包括6臺筒倉，把不同的煤裝到不同的筒倉，每個筒倉可容納9000噸煤，按照用戶的要求和不同煤源提出適當的配煤方案，通過PLC自動化技術實現配煤比例精確穩定控制，滿足用戶的要求。該設備可以把各個筒倉中的煤按設定的比例混合在一起，使煤質達到工業要求。自動化配煤的關鍵是各個煤倉的出煤量控制，基于艾默生CT公司的Commander SK系列變頻驅動器的自動化混煤系統如圖1所示。

（1）系統要求：筒倉出煤量為160T/h~1600T/h，相對應的電機速度為3~50HZ。
（2）驅動器參數：SK6402為矢量控制驅動器，額定電壓380~480V(±10%)，額定輸出電流210A，可在150%過載電流下運行60S，額定功率110KW，輸出頻率0~1500HZ。
（3）電機參數：額定功率90KW；3P；額定電壓400V；額定電流95.3A；額定速度1475RPM；功率因數0.89。

2.2 電控系統

電控系統是由變頻驅動器和PLC系統集成實現。筒倉底部有一個刮煤刀，刮煤刀由兩個對稱旋轉的減速驅動齒輪的位置是對稱的。這兩臺電機由一臺110kw 的Commander SK系列變頻驅動器SK6402驅動，SK6402則由PLC進行控制。艾默生CT變頻驅動器用來驅動筒倉下端的刮刀電機，旋轉的刮刀將筒倉的煤排出筒倉，通過調整煤倉出煤刮刀轉速來控制出煤量。各個筒倉內裝有不同需求的煤，當刮刀旋轉時，筒倉內的煤將會從出煤口排出，落在同一傳送皮帶上進行混合之后，成品煤將直接送到貨船上運送出港。

圖1 混煤機原理示意圖
2.3 SK6402變頻驅動器應用設計
艾默生 CT（Emerson CT）公司做為世界著名的直交流驅動器制造商，隸屬美國艾默生電氣集團。SK6402型110/132kW AC400V 3Phase變頻驅動器屬于艾默生CT公司的最新交流高性能矢量控制驅動產品Commander SK系列，SK6402 配置相應的選件與整合使用完成變頻控制，節約設計和使用成本。其特點是：高性能矢量控制驅動；150%持續過載60秒；可做電機軸不轉動的完整電機模型的自整定；IP54的LED鍵盤可用于遠控；內置濾波器可斷開并再重新恢復；可作閉環控制，內置提升宏；可選件與SP系列變頻驅動器通用，SMARTSTICK可使您的調試更靈活；電壓220V和380V可選，功率涵括0.25kW-110kW范圍。

Commander SK系列變頻驅動器SK6402變頻驅動器電氣原理如圖2所示。因為變頻驅動器同時驅動兩臺電機，因此在設置參數時需注意電機電流需設為兩臺電機的電流之和，即190.6A，不選用矢量控制而是選用V/F控制模式。


圖2 SK6402原理接線圖
2.4 低速大轉矩變頻系統調試

（1）堵轉故障現象。該混煤機系統運行時，由刮刀將煤排除筒倉。因為煤塊大小不均勻，或者由于天氣原因造成的潮濕等情況，刮刀受力不均勻，這導致電機負載不穩定，電流在90~120A范圍內波動，當電機以低速運行時（3HZ以下），如果負載過大，導致刮刀卡住，驅動器輸出電流過大，驅動器將自動對電流進行限制，降低電流大小。通過軟件CTscope檢測電流狀態，堵轉電流監測波形如圖3所示。 此時，當刮刀卡住，電機無法轉動時，驅動器最大輸出電流可達250A。之后，驅動器將會限制電流輸出，當降到0A時，再次提升電流輸出。當出現此種情況后，如果任其發展，驅動器將顯示“OVL.d”，對過載電流進行積分累計，直至出現 “It.AC”過流報警故障，致使系統停產。


圖3 電機堵轉時監測到的波形
（2）堵轉原因分析。由于我們采用V/F控制模式驅動電機運行，當電機低頻運行時，驅動器輸出的電壓較低，受電動定子繞組電阻所引起壓降影響，無法給電機提供足夠的扭矩輸出。

圖4 驅動器輸出的V-F曲線
（3）堵轉問題解決。針對這種情況，我們需要增大電壓提升以補償啟動轉矩，具體參數設置可通過監測電流、電機速度波形選出較佳曲線來確定。 驅動器輸出電壓、頻率及電壓提升的關系如圖4所示。經過調整電壓提升值，系統在低頻（2HZ）下能夠正常運行，圖5為監測到的電流、電機速度曲線。電流穩定在90~120A之間，速度曲線穩定，達到了預期目的。