變頻器在電廠風(fēng)機(jī)上節(jié)能的應(yīng)用

李巖鋒

[摘要]介紹高壓變頻器在電廠風(fēng)機(jī)中的節(jié)能應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]變頻器 調(diào)速 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0520008－01

一、序言

鍋爐風(fēng)機(jī)是發(fā)電廠重要能耗設(shè)備，風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量通常超過實(shí)際所需風(fēng)量，調(diào)節(jié)風(fēng)量大小以往的做法是調(diào)節(jié)擋風(fēng)板開度來實(shí)現(xiàn)的，此方法實(shí)際上是通過人為增加阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的，浪費(fèi)大量電能，回收這部分電能損耗會(huì)收到很大的節(jié)能效果。利用變頻器的調(diào)速功能，應(yīng)用到風(fēng)機(jī)上能夠節(jié)約大量電能，當(dāng)風(fēng)量減少時(shí)采用變頻調(diào)速方式降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少電機(jī)輸入功率，從而降低能耗。

交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源的頻率f成正比（n轉(zhuǎn)速＝（1－S轉(zhuǎn)差率）×60×f頻率/p極對(duì)數(shù)），改變定子供電頻率就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變了電動(dòng)機(jī)的輸入功率。變頻調(diào)速裝置是將電網(wǎng)50Hz的交流電，變成頻率可調(diào)的交流電去驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。其特點(diǎn)是效率高，沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速的范圍大、精度高、無級(jí)調(diào)速，大量節(jié)約電能，以及其能方便實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)等）間的通訊，使其在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

二、變頻器調(diào)速系統(tǒng)在鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用

我公司#7鍋爐共有4臺(tái)風(fēng)機(jī)，安裝了3臺(tái)北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06系列變頻器。本變頻調(diào)速系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。

圖1是引風(fēng)機(jī)變頻器接線形式。原電動(dòng)機(jī)電源直接作為變頻器輸入電源，再通過變頻器輸出連接到電機(jī)。為充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝了工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)退出運(yùn)行，電機(jī)由變頻切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行。旁路由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成。在變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2合閘，QS3斷開。工頻運(yùn)行時(shí)，QS3合閘，QS1和QS2斷開。QS2和QS3為機(jī)械互鎖不能同時(shí)合閘。

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng)，可在DCS系統(tǒng)中對(duì)電動(dòng)機(jī)啟、停、轉(zhuǎn)速調(diào)整控制。裝置還提供報(bào)警指示、故障指示、待機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分?jǐn)嗟缺Ｗo(hù)信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值等必要指示，方便操作人員進(jìn)行操作控制。

安裝后，進(jìn)行了一系列的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，如變頻器50Hz滿載運(yùn)行試驗(yàn)、電機(jī)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)臨界振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、母線電壓波動(dòng)試驗(yàn)、連續(xù)快速增減負(fù)荷試驗(yàn)等，均達(dá)到要求，設(shè)備運(yùn)行至今一切正常。

三、變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用中體現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)

（一）節(jié)能效益巨大

改造以前，3臺(tái)風(fēng)機(jī)工頻電流在150A左右，通過改造后，在相同負(fù)荷情況下，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行下電流在95A左右，減少55A，節(jié)約36.6%，年節(jié)約能力270（年運(yùn)行天數(shù)）×24（小時(shí)）×（1000+710+450）（電機(jī)總功率）×0.366=512.3萬kWh，考慮裝置自耗電及室內(nèi)冷卻空調(diào)用電8.4萬kWh，總體節(jié)能503.9萬kWh，節(jié)電率達(dá)到36%，節(jié)約金額201.56萬元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)顯著，即用不到2年的時(shí)間就可以收回總投資費(fèi)用。

（二）改善設(shè)備啟動(dòng)特性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性

電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)給供電系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)帶來不利影響，故對(duì)于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)一般都要采用軟起動(dòng)方案。以往常用降壓起動(dòng)，但在降壓起動(dòng)過程中，因沒有改變電源頻率，過大的轉(zhuǎn)差率的存在，也不可避免地會(huì)出現(xiàn)較大的過電流。對(duì)于重載起動(dòng)的設(shè)備，當(dāng)采用變頻按電壓/頻率比例控制方法軟起動(dòng)的方案，即用變頻器帶動(dòng)電機(jī)從零速開始起動(dòng)，逐漸升壓升速，直至達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速，則不會(huì)產(chǎn)生過電流，并且可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩，從而改善啟動(dòng)特性。本變頻調(diào)速系統(tǒng)輸入側(cè)為移相變壓器提供的42整流脈沖，多級(jí)移相疊加整流可以大大改善電網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1，提高了設(shè)備使用率。輸出側(cè)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到正弦度較好的波形，減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造，同時(shí)電機(jī)諧波損耗大大減小，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，減少故障率，也就提高了運(yùn)行可靠性。

（三）改善工作環(huán)境

工頻運(yùn)行時(shí)利用調(diào)節(jié)擋風(fēng)板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，使得風(fēng)通過風(fēng)道時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的噪音，嚴(yán)重惡化了工作環(huán)境，采用變頻調(diào)速后減少了這種噪音，改善了工作環(huán)境。

四、改造中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題

1．在技術(shù)上，要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備，選擇相應(yīng)特性的變頻器。

2．必須考慮變頻器出現(xiàn)故障的情況，故須安裝工頻--變頻運(yùn)行的切換旁路系統(tǒng)。

3．在變頻改造后，要注意風(fēng)機(jī)可能存在扭曲共振現(xiàn)象。如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點(diǎn)、軟連接及機(jī)座加震動(dòng)吸收橡膠等。

4．注意采取必要的對(duì)變頻器、電機(jī)散熱措施。

5．變頻器不能由輸出口反向送電，要求QS2和QS3機(jī)械互鎖。

五、結(jié)束語(yǔ)

近幾年，國(guó)內(nèi)的電力電子技術(shù)的發(fā)展迅速，變頻器的各項(xiàng)技術(shù)性能也得到大步提高，變頻器在風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)荷中應(yīng)用越來越多，節(jié)能效果極其顯著。對(duì)于低壓變頻器，投資較低、效益高，一年左右就可以收回投資，高壓變頻器，一般需要2－3年左右時(shí)間。隨著國(guó)產(chǎn)變頻器技術(shù)發(fā)展越來越成熟，變頻器的性價(jià)比大大提高，為變頻器在節(jié)能技術(shù)改造方面提供了廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]《HARSVERT-A高壓變頻器調(diào)速技術(shù)》，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司.

[2]《電機(jī)學(xué)》，吉林大學(xué)出版社.

[3]《電力電子學(xué)》，華中理工大學(xué)出版社.