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高压变频装置在送吸风机上的应用及注意事项

摘要：介绍了完美无谐波变频器的工作原理及在送吸风机上的应用，对变频器安装、调试等阶段中出现的问题进行了讨论并提出建议。实践证明，电机变频调速是有效的节电措施。

关键词：风机；高压变频器；调速；节能

Abstract:The paper introduces the working principle of perfect and no harmonic inverter and the application on fans. It also recounts the questions in the period of designing, putting into commission and other period , and raises recommends . Practice proves that is the effective means to adopt highvoltage inverter to adjust speed.

Keywords:fan；high voltage inverter;speed adjustment;energy saving

1 风机概述

河北马头电力股份有限公司8号机组容量为200 MW，锅炉配离心式送吸风机各2台，主要参数见表1。风机采用传统的挡板调节来控制风量，风道压流损失较大，是一种经济效益差、耗能大、维护难度大的调节方式。风机厂用电率约为2.1%，负荷低时耗电率会更高。因此2004年底机组大修时，决定对8号炉送吸风机进行调速控制改造，降低能耗，同时配合机组的DCS改造，改善风机的调节性能，稳定锅炉的燃烧，提高经济效益。

通过对斩波内馈、变频和液力偶合器等各种调速方式的比较，最终选用变频调速方式，通过招标确定采用罗宾康公司多重化结构、36脉冲高-高电压源型、完美无谐波变频装置，容量与送吸风机配套，分别为1 750和2 000 MV·A。这样可以保证原送吸风机及电动机基础不变，只在原断路器和电动机之间串入变频装置即可。

2 高压变频装置的应用情况

2.1变频调速的基本原理

异步电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机磁极对数p 3个参数有关，即n=60f/p×(1s)。变对发达国家出口以中低端为主频调速是通过改变电源频率f来调节电动机转速的。可以看出，n 与f之间为线性关系，转速调节范围宽。对于风机，由气体动力学理论可知，气体流量与风机转速的一次方成正比，风机的转矩与转速二次方成正比，而其轴功率则与转速的三次方成正比，当转速减小时，电机的输出功率将以三次方下降，节电效果非常显著。

2.2变频系统构成波动开关

2.2.1变频部分

由控制机柜、功率单元柜组成。安装在输出功率单元内的单元控制板通过光纤与控制柜内的数字调制器通讯。所有板的控制电源由单元控制板上的开关电源提供。

2.2.2输入隔离变压器部分

6 kV输入、输出电源均从此柜引出，变压器共有18个二次绕组，采用延边三角形接法, 分为6个不同的相位组, 互差面对着疫情的蔓延电角度30 °。

2.2.3 旁路单元

由旁路单元柜构成，内部设置进出线及旁路刀闸，出线刀闸与旁路刀闸实现互锁，当变频装置故障时，可以不影响风机的工频运行。送吸风机变频装置一次系统构成见图1。

2.2.4I/O部分

与DCS及高压开关接口的控制回路，包括模拟量输入/输出如转速给定、变频器输出电流和输出功率等，开关量输入/输出，如变频器启停、变频器异常报警和跳闸等信号。可以实现风机的远方顺启、顺停及调速控制。

2.3 多功率单元串联变频装置的工作原理

6 kV变频装置共有18个单元，每6个功率单元串联构成一相，每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图2。整流桥采用三相不可控全桥，逆变部为基本的交-直-交单相逆变电路，通过IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，即脉冲宽度调制，通过控制电力电子器件的通、断时间及通断次序将铂热电阻直流电压转换为一系列宽度不等的矩形电压脉冲。

6 kV电电压经输入隔离变压器的18个二次线圈，移相降压后给各功率单元供电，形成36脉冲的二极管整流电路结构，总的输入谐波电流失真很低；逆变器采用多电平移相式PWM技术,每个功率单元额定电压630 V，每相6个，因此相电压为3 780V，对应的线电压为6 600 V，相邻功率单元的输出端串联起来，形成Y型结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。

由于给功率单元供电的输入变压器二次线圈互相存在一个相位差，实现了输入多重化，由此可大大减弱电侧电流谐波，功率因数可达0.95以上。变频器输出侧多重化，可以在不加滤波器的情况下，将输出电压谐波控制在2%以内，输出近乎完美的正弦波，满足普通异步电机的需要。

2.4变频装置的运行情况

随8号机组大修后启动运行， 8号炉送吸风机全部投入变频运行，断路器K1、K2在合位，工频旁路刀闸K3在断开位置。当变频器发生故障或检修需要倒为工频旁路运行时，应先将变频器停运，将对应的6 kV开关停电后才能进行工频旁路刀闸的倒换,严禁在运行中进行方式倒换。变频器出线刀闸K2与工频旁路刀闸K3之间装有机械闭锁。

为提高机组自动化程度、减轻运行人员的劳动强度，机组启动与停止均执行顺控功能。如吸风机启动步序为：关吸风机入口挡板；变频器速度给定值等于设定的最低转速；启动吸风机6 kV开关；延时3 s启动吸风机变频器；延时5 s后开启挡板至100%。风机停运的顺序则与上述过程相反，且采用变频器受控停车方式，在150 s内电动机转速即可下降到零。受控停车时间的长短与风机停运前负荷状况有关。送吸风机的转速调节可以根据炉膛负压的变化自动进行。

8号发电机负荷为160 MW，送吸风机变频运行期间，对6 kV·A、B段母线的电压畸变率THDu进行了测量，最大电压总谐波畸变率为0.6%，满足国家标准GB/T 《电能质量-公用电谐波》的规定：电压限值为6 kV的电，电压总谐波畸变率THDu不大于4%。

3 变频装置安装、调试及使用中的注意事项

3.1安装

变压器柜和变频柜之间的接线数量繁多，在厂家组装后整体运输至现场，不得再拆开安装，每套变频装置的综合尺寸为4 877 mm×1 219 mm×2 664 mm(长×宽×高)，整体安装很困难，为此将变频器楼一层北侧墙面全部拆除，从此处运进变频器，动用铲车、吊车将变频器运至小间内，最终配合使用滚杠、导链、千斤顶等工具将变频器固定在基础上。如果要为安装变频装置重新盖楼，则应先将变频器固定，再盖楼。

此外可以在商谈技术协议时直接提出现场安装时必须拆开进行，也是解决安装困难的一个办法，目前国内的高压变频器生产厂家可以做到分体安装。

3.2保护配置

变频器本身配置了过压、欠压、过流、变压器过载保护等，能够满足电动机的需要，改造前配置的电动机差动保护等也就失去了意义。但对6 kV电源开关到变频器的电缆及变频器输入变压器应装设电流速断保护和过流保护，保护定值的整定计算则不能按躲过变压器励磁涌流的原则，因为变频器功率单元中的电容器对变压器的充电电流影响很大，速断定值应按8～10倍的变压器额定电流整定。

3.3变频装置的冷却

变频装置中的输入隔离变和功率单元为高发热量电气设备，因此其冷却系统就显得尤为重要。冷却系统有开启式和密封式2种方式，开启式系统要求在机柜的风机上装有风道，与室外自然风进行交换。一般情况下电厂的环境恶劣，最好选用密闭内循环方式，可以不必安装风道，按设备发热量配置足够冷却容量烫平机的空调即可，但要求变频器控制楼密封较好，并要注意，冬季时由于室外温度很低，室外机结搬运车霜严重，主机无法启动，这时可以将空调的主机散热风扇停运一台或空调轮换运行。

4 经济效益分析

4.1直接经济效益分析

送吸风机变频运行后，风机的厂用电率由改造前的2.1%降低至1.1%。在发电机负荷为140 MW、160 MW、200 MW负荷下进行了工频和变频状态的能耗测试，测试结果见表2。按8号机组全年运行300 d计算，在上述工况下，变频较工频年节电分别为1 441.45、1 322.60、1 104.62万kWh。若 8号机组全年平均负荷率为85%，计算年节电约为1 270万kWh。按公司上电价0.27元/kWh计算，其直接经济效益为342.9万元，2年多即可收回全部投资。

4.2间接经济效益

a. 电动机实现了软启动、电动机启动电流从零开始平滑上升，避免了改造前工频启动时大电流对电动机、电缆及开关等设备的不利冲击，减少设备的维护费用，延长电动机等设备的使用寿命。

b. 风机低速运行时，消除了喘振现象，风机运行平稳，减轻了风机叶轮及轴承等部件的磨损，提高设备供电的可靠性。

c. 变频运行时，风机入口挡板全开，减轻了风道的振动和磨损，同时也大大减少了挡板的维护量。

5 结束语

随着电力体制改革和竞价上的不断深入，降低发电成本，提高设备运行的可靠性成为提高市场竞争力的主要手段。高压变频调速控制为高压电动机的节能改造提供了可靠的技术，改造后良好的节能效果可带来可观的经济效益，因而具有广阔的推广应用测试项目：拉伸、紧缩持久、蠕变、松弛实验和低周疲劳和蠕变疲劳实验价值。

参考文献

［1］李遵基.中压变频器在火力发电厂送风机控制中的应用［J］.中国电力，2000，（6）.

［2］胡松如，李遵基.高压变频调速控制节能原理分析［J］.中国电力，2003，（1）.(end)

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