循環(huán)水冷卻風機變頻改造的意義

鄭肖云

(上海凱盛節(jié)能工程技術(shù)有限公司，上海 200060)

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循環(huán)水冷卻風機變頻改造的意義

鄭肖云

(上海凱盛節(jié)能工程技術(shù)有限公司，上海 200060)

摘要：根據(jù)國家及中國建材集團的節(jié)能減排的要求，對四川威遠西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程循環(huán)水冷卻風機采用的變頻風機及變頻器進行了升級改造。該文從三個方面來分析變頻升級改造后的效果和意義：1)使用變頻風機后的節(jié)能效果；2)在設(shè)備啟停過程中，對設(shè)備自身絕緣損害性能及使用壽命的影響；3)在設(shè)備啟停過程中，對配電系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：變頻；風機；節(jié)能；絕緣；穩(wěn)定

四川威遠西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程，配套一臺容量為5 MW的純凝式汽輪機、一臺容量為5 MW的無刷勵磁發(fā)電機，配套兩臺45 kW風機(均為運行風機)。隨著機組負荷降低，冬季氣溫下降，風機的工頻滿負荷運轉(zhuǎn)造成電耗的大量浪費，為此對冷卻風機進行了變頻升級改造。

1風機變頻的改造

首先，在電機的選型上我們要采用變頻電機并采用變頻器進行控制。由于變頻器輸出的PWM調(diào)寬波模擬正弦交流含有大量的諧波，考慮高次諧波會加深磁路飽和以及低頻時為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當提高變頻器的輸出電壓，變頻電機主磁路設(shè)計成不飽和磁路。另外，考慮高次諧波對變頻電機的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲、冷卻等方面的影響，變頻電機采用F級或更高，加強對地絕緣、線匝間的絕緣強度以及耐沖擊電壓的能力，一般采用強迫風冷，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅(qū)動。

在電機采用變頻電機后，電纜也要采用變頻電纜，變頻電纜是對稱“3+3”結(jié)構(gòu)成纜，多了一層金屬屏蔽。變頻器工作是產(chǎn)生的大量諧波進入普通的“3+1”型電纜后，高次諧波產(chǎn)生的分流會在“3+1”芯中的接地線上疊加，會使接地芯擊穿；而采用“3+3”結(jié)構(gòu)，把接地芯平均分成3份，相位差120°，向量和為零，所以不會擊穿。而金屬屏蔽是為了最大限度地減少變頻器用電纜對周圍電氣系統(tǒng)的影響，此外對稱的結(jié)構(gòu)也大大地增強了金屬屏蔽的效果。

另外，變頻器配有進線電抗器和出線電抗器，一般集成在變頻器內(nèi)部，進線電抗器是依靠線圈的感抗來阻礙電流變化的電器，抑制變頻器產(chǎn)生高次諧波。限制變流器換相時電網(wǎng)側(cè)的電壓降，減小電網(wǎng)系統(tǒng)操作時所產(chǎn)生的電流沖擊，提高變頻系統(tǒng)的功率因數(shù)，其通常串聯(lián)于變頻器進線端和電源之間。出線電抗器原理和進線電抗器相同，是為了抑制變頻器輸出的諧波干擾。在負載合閘瞬間能夠有效地抑制回路涌流保護回路中的變頻器裝置及其它元器件免受過電流沖擊，同時可以補償長線分布電容的影響，延長傳輸距離(最大允許電動機電纜長度主要取決于傳動裝置的開關(guān)頻率和輸出電壓)。

在變頻控制方面設(shè)置了就地、柜面、DCS遠程控制3種控制模式，變頻器采用一拖一的控制方式，邏輯比較簡單。既方便操作人員的操作，又提供了備用的變頻器，以便在一臺變頻器發(fā)生故障時另一臺可以進行變頻控制。

2風機變頻節(jié)能及原理

由于機組的負荷率變化以及季節(jié)變化導致的環(huán)境溫度的變化，為了滿足凝汽機的最佳真空狀態(tài)，循環(huán)水的流量、所需的冷卻風量均在減少，因冷卻風機進口的風量無法節(jié)流，如果此時仍采用冷卻風機以工頻的方式工作在最大負荷的工況下，必然會造成電能的浪費。如果根據(jù)實際工況進行變頻調(diào)速控制，由于P=9 550n·t(其中P為有功功率，n為電機轉(zhuǎn)速，t為電機轉(zhuǎn)矩)，因此降低速度可以有效地節(jié)約電耗。

變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓和頻率，根據(jù)公式n=60f(1-s)/p(其中：n為電機轉(zhuǎn)速，f電源頻率，p為電機極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率)進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護，使電機在運行時的檢測更加全面，從而更好為電機提供保護。

四川威遠西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程的循環(huán)水冷卻風機采用的變頻風機及變頻器控制的升級改造后，冬季基本運行在40 Hz，功率基本保持在額定功率的0.8倍，每小時節(jié)約電能(1-0.8)×45 kW·h=9 kW·h。按照機組每年運行7 200 h考慮，每年節(jié)約電能約9×7 200=64 800 kW·h的電能，對業(yè)主來說可以節(jié)省一筆可觀的費用，對整個電網(wǎng)來說是負荷的降低、能源的節(jié)約，符合國家節(jié)能環(huán)保這一可持續(xù)發(fā)展理念。該工程變頻器控制改造方案，見圖1。

3風機變頻啟動的優(yōu)點

控制電機的啟動電流：當電機通過工頻直接啟動時，它會產(chǎn)生6～7倍的啟動電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命。當點擊采用變頻調(diào)速則可以在零速零壓或低速低壓啟動，并且可以按照用戶的需要進行加速設(shè)置，可以選擇直線加速、S曲線加速或者自動加速。電機啟動電流曲線見圖2，一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制的方式帶動負載進行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流，提高繞組的承受力，見圖2(b)和圖2(c)。用戶最直接的好處就是電機的維護成本將進一步降低，電機的壽命則相應(yīng)增加。

降低電力線路的電壓波動措施如下：在電機工頻啟動時，電流劇增的同時電壓也會大幅波動。電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會導致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如繼電器和接觸器等均會產(chǎn)生誤動作。而采用變頻調(diào)速后由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降現(xiàn)象。

4結(jié)語

風機變頻控制除了節(jié)約電能、對設(shè)備壽命的延長和對系統(tǒng)穩(wěn)定的保持有著顯著效果外，還可以對循環(huán)水溫進行精確的控制，確保循環(huán)水乃至凝結(jié)水溫、凝結(jié)水中的含氧量等等參數(shù)控制在最佳的范圍內(nèi)，對整個發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化都有著重要的意義。我公司在多個工程中的循環(huán)水冷卻風機均采用變頻升級改造，使其得到了廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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聲明

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本刊編輯部

Significance of Circulating Water Cooling Machine

Using Frequency Converter

ZHENGXiao-yun

(Shanghai Triumph Energy Conservation Engineering Co, Ltd，Shanghai 200060，China)

Abstract:Taking into account the requirements of the state and the group's energy-saving emission reduction, Sichuan southwest WeiYuan Cements Limited 2 500 t/d clinker production line of new dry process cement production line waste heat power generation project, the use of frequency conversion fan and frequency conversion controlling upgrade. This article analyzes the effect and the significance after upgrading from three aspects：1)the energy saving effect after using the frequency conversion fan；2)the insulation damage and the life of the equipment in the equipment starting and stopping process；3) the influence of the stability of the power distribution system in the equipment starting and stopping process.

Key words:frequency conversion；fan；energy conservation；insulation；steady

作者簡介：鄭肖云(1984-)，工程師.E-mail:xiaoyun.zheng@steccn.com

收稿日期：2015-08-05.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.015