高壓變頻調(diào)速裝置在風(fēng)機上的應(yīng)用

劉波

摘要： 論文闡述了LP高壓變頻調(diào)速裝置在電廠各類風(fēng)機上的節(jié)能應(yīng)用，其具有節(jié)能效果明顯、操作簡單、維護方便等特點，最主要的是在不改變設(shè)備原來的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行變頻節(jié)能改造。

Abstract： The paper described the energy-saving applications of the LP high frequency control devices on all kinds of fans of power plants， its effect of energy saving is significant， operation is simple， the maintenance is esay， especially it can conduct frequency energy saving reconstruction based on maintenaning device's original operating system.

關(guān)鍵詞： 高壓變頻裝置；功率；風(fēng)機；電機

Key words： high voltage frequency conversion device；power；fan；motor

中圖分類號：TS737+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0017-02

0 引言

隨著科技的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保倍受大家的關(guān)注，經(jīng)過分析，楊莊電廠的多臺鍋爐風(fēng)機都具備很大的節(jié)能空間。對現(xiàn)場的風(fēng)機設(shè)備運行狀況進行分析和研究后，決定采用樂普高壓變頻調(diào)速裝置進行變頻節(jié)能改造，改造后能節(jié)約大量電能。通過調(diào)查后了解，高壓變頻調(diào)速裝置使用壽命周期一般在十五到三十年，變頻節(jié)能改造可以創(chuàng)造非?？捎^的經(jīng)濟效益和良好社會效益。

1 電廠選用的LP牌SolidDrive系列高壓變頻調(diào)速裝置具有以下特點

1.1 設(shè)備組成：LP牌智能化高壓節(jié)電設(shè)備采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高電壓源型，設(shè)備主要由移相變壓器柜、單元柜和控制柜組成。

1.2 變頻裝置的工作特點：其本身不會對電網(wǎng)造成污染，純凈的功率輸入使用了移相多重化整流逆變技術(shù)，無需另置諧波治理裝置，更不會對電網(wǎng)造成污染。

1.3 變頻裝置具有高效的功率因數(shù)：產(chǎn)生近乎標(biāo)準(zhǔn)正弦波的輸出電流，在正常使用的電機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)（10%—100%），電機運行功率因數(shù)能達(dá)到0.96及以上。

1.4 變頻裝置具有高效的節(jié)能效率：具有平均96%——99%的高效率。同時不需要另外增加濾波器就可提供畸變的正弦輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)的正弦電流，不會額外增加原有電機的轉(zhuǎn)動噪音，更不會附加有外應(yīng)力，更無需將電機進行降頻來使用

1.5 變頻具有高壓進、高壓出功能，不需要輸出變壓器。變頻裝置本身不要專用變頻電機，從而可放心使用普通標(biāo)準(zhǔn)三相感應(yīng)電動機。

1.6 高壓變頻的節(jié)能效果明顯。高壓變頻設(shè)備具有高效的功率因數(shù)、高效的節(jié)能效率及變頻本事具備的物理特性，能大大的節(jié)約成本，提高效益。

1.7 具有很高的可靠性和快速維修功能。高壓場控大功率的IGBT功率模塊，逆變輸出每相有5-6組變頻單元串聯(lián)供電。整機采用多模塊結(jié)構(gòu)，每個相同的單元內(nèi)的組件都具備相互調(diào)換作用，無論那塊出現(xiàn)故障，即可在幾分鐘內(nèi)進行維修更換插件，并且不存在電流沖擊現(xiàn)象。

1.8 采用獨立的空氣冷卻系統(tǒng)：每臺設(shè)備都自己具有一套獨立的冷卻系統(tǒng)，相互獨立同時又相互起冷卻作用，而且便于維修，容易更換過濾網(wǎng)，簡單方便。

1.9 具有旁路切換功能：在變頻出現(xiàn)輕故障時能快速切除出故障單元，同時自動對輸出功率進行調(diào)整，以保證風(fēng)機能正常運行。

1.10 具有變頻、工頻相互切換功能：設(shè)備在變頻工況下正常運行，當(dāng)變頻出現(xiàn)重故障或需要檢修維護時，通過對設(shè)備的自動切換到工頻下運行。在變頻故障或維護結(jié)束后，可自動切換到變頻下運行，同時會自動調(diào)整到切換前的運行頻率下運行。

2 高壓變頻調(diào)速裝置改造分析

2.1 風(fēng)機節(jié)能分析 根據(jù)風(fēng)機學(xué)的知識，流量、揚程和消耗的能量之間有下面的關(guān)系：■∝■：風(fēng)機的流量和電機轉(zhuǎn)速成正比；■∝■■：風(fēng)機的全壓和電機轉(zhuǎn)速的平方成正比；■∝■■：風(fēng)機消耗的軸功率跟電機轉(zhuǎn)速的立方成正比；電機轉(zhuǎn)速公式：n=■（1-s），根據(jù)電機學(xué)的原理，式中n、f、s、p分別表示電機轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)時，直接通過改變頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速來滿足不同工況的需求。此時電機消耗的能量將會以與電機轉(zhuǎn)速立方的關(guān)系下降，因此變頻調(diào)速的節(jié)電效果非常顯著。變頻調(diào)速方式調(diào)速范圍寬，線性度很好，其本身的電子損耗很低，因而無論在輕載還是滿載都有很高的效率。

2.2 各風(fēng)機電機改造前、后比較

2.2.1 風(fēng)機改造前部分技術(shù)數(shù)據(jù)：以1#引風(fēng)機電機為例，電機的額定轉(zhuǎn)速990r/min，功率為500kw，功率因數(shù)為0.83，電壓為6kv，額定電流為61.5A，在運行時的工作電流29A，引風(fēng)機擋板開度為80%，液耦轉(zhuǎn)速比35%，消耗的功率P工頻=1.732×U×I×cos？準(zhǔn)=1.732×6kV×29A×0.83≈250kW。其他風(fēng)機電機消耗功率如下：1#一次風(fēng)機：293kw、1#二次風(fēng)機：112kw、1#引風(fēng)機：250kw、2#一次風(fēng)機：293kw、2#二次風(fēng)機：112kw。

2.2.2 變頻改造時，原有的設(shè)備即電機、液力耦合器都無需改動，只要在電機的輸入端進行變頻改造，將原來直接接入電機的6kv高壓電纜線接入高壓變頻調(diào)速裝置的輸入端，然后由高壓變頻調(diào)速裝置的輸出端接入電機的接入端，即可對電機進行變頻節(jié)能。同時配有變頻旁路裝置，在變頻出現(xiàn)重故障需要停機檢修時，經(jīng)旁路回到原來由液力耦合器控制電機轉(zhuǎn)速的控制方式。

以1#引風(fēng)機為例，正常運行時風(fēng)門開度在80%左右，而液力耦合器的調(diào)速比為35%，變頻改造后運行頻率約為30Hz，變頻前后功率比為：ηP＝（轉(zhuǎn)速比）3/η1/η2。其中：η1=0.98，η2=0.8，由此可得變頻后達(dá)到x相同運行工況時，電機所消耗的功率Pb約為：Pb=Pe×ηP=500kW×（30/50）3/0.98/0.8=137.8Kw；變頻后相對于原工頻擋板調(diào)節(jié)時節(jié)省的電量約為：ΔP=P工頻－Pb=250kW－137.8kW=112.2kW；1#引風(fēng)機變頻改造前后節(jié)電率為：η節(jié)＝（ΔP/P工頻）×100％＝（112.2kW/250kW）×100％≈45%。同等工況條件下，變頻器一年運行（7680小時）節(jié)省的電能約為：112.2kW×7680小時/年=861696（kWh）。

1#引風(fēng)機經(jīng)過變頻改造后，節(jié)電率約為45%，年節(jié)電量約為861696kWh；其他風(fēng)機也同樣通過上述計算得出年節(jié)電量：1#一次風(fēng)機1305600kwh、1#二次風(fēng)機 330240kwh、2#一次風(fēng)機1305600kwh、2#二次風(fēng)機 330240kwh.五臺風(fēng)機風(fēng)機電機每年因高壓變頻調(diào)速裝置改造節(jié)約電量共計4133376kwh，折合電價共計1802151元。

3 高壓變頻調(diào)速裝置的控制方案及系統(tǒng)配置

以1#引風(fēng)機為例，變頻改造采用一拖一的獨立運行方式，配備旁路開關(guān)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)重故障或設(shè)備檢修時采用旁路工頻運行，更好的保證設(shè)備的安全運行。該高壓變頻調(diào)速裝置具有完善的自控能力，并且精準(zhǔn)的接入到電廠的DCS控制系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)備運行狀況制定設(shè)備聯(lián)鎖關(guān)系，方便于控制。高壓變頻調(diào)速裝置的電氣回路的簡圖如圖1。

以上簡圖由3個高壓真空接觸器KM1～KM3和2個高壓隔離開關(guān)QS1和QS2及變頻器組成。KM1、KM2負(fù)責(zé)變頻啟動，KM3負(fù)責(zé)工頻啟動，它們不能同時閉合，在電氣上實現(xiàn)互鎖。變頻運行狀態(tài)時，確定KM3在斷開位置，刀閘QS1、QS2在合上位置，KM1和KM2閉合，合上用戶上級開關(guān)，變頻自檢正常后啟動運行；工頻運行時，確認(rèn)KM1和KM2斷開，KM3閉合，再合用戶上級開關(guān)，進入工頻狀態(tài)。原有的液力耦合器100%，當(dāng)變頻器出現(xiàn)重故障時自動分?jǐn)嘧冾l回路接觸器，轉(zhuǎn)工頻運行。變頻運行時，變頻器斷開KM1和KM2，合出線旁路KM3，使運行風(fēng)機機組在工頻電源下正常運行，改用原來的運行方式，由液力耦合器控制轉(zhuǎn)速，以保證生產(chǎn)的安全運行。

參考文獻(xiàn)：

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學(xué)工業(yè)出版社，2011-01-01.

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