变频器在电厂风机上节能的应用

李岩锋

[摘要]介绍高压变频器在电厂风机中的节能应用。

[关键词]变频器 调速 节能

中图分类号：TM4文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0520008－01

一、序言

锅炉风机是发电厂重要能耗设备，风机额定转速时的风量通常超过实际所需风量，调节风量大小以往的做法是调节挡风板开度来实现的，此方法实际上是通过人为增加阻力的办法达到调节的目的，浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。利用变频器的调速功能，应用到风机上能够节约大量电能，当风量减少时采用变频调速方式降低风机转速，减少电机输入功率，从而降低能耗。

交流异步电机转速与电源的频率f成正比（n转速＝（1－S转差率）×60×f频率/p极对数），改变定子供电频率就改变了电动机的转速，从而改变了电动机的输入功率。变频调速装置是将电网50Hz的交流电，变成频率可调的交流电去驱动交流电动机实现调速的。其特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大、精度高、无级调速，大量节约电能，以及其能方便实现与自动化控制系统（如DCS系统等）间的通讯，使其在各领域得到广泛的应用。

二、变频器调速系统在锅炉风机电机上的应用

我公司#7锅炉共有4台风机，安装了3台北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A06系列变频器。本变频调速系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。

图1是引风机变频器接线形式。原电动机电源直接作为变频器输入电源，再通过变频器输出连接到电机。为充分保证系统的可靠性，变频器同时加装了工频旁路装置，变频器异常时退出运行，电机由变频切换到工频状态运行。旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成。在变频运行时，QS1和QS2合闸，QS3断开。工频运行时，QS3合闸，QS1和QS2断开。QS2和QS3为机械互锁不能同时合闸。

变频调速控制系统接入DCS系统，可在DCS系统中对电动机启、停、转速调整控制。装置还提供报警指示、故障指示、待机状态、运行状态、旁路状态、高压合闸允许、高压紧急分断等保护信息以及转速给定值和风机实际转速值等必要指示，方便操作人员进行操作控制。

安装后，进行了一系列的动态试验，如变频器50Hz满载运行试验、电机风机系统临界振动实验、母线电压波动试验、连续快速增减负荷试验等，均达到要求，设备运行至今一切正常。

三、变频调速系统应用中体现出的优点

（一）节能效益巨大

改造以前，3台风机工频电流在150A左右，通过改造后，在相同负荷情况下，风机变频运行下电流在95A左右，减少55A，节约36.6%，年节约能力270（年运行天数）×24（小时）×（1000+710+450）（电机总功率）×0.366=512.3万kWh，考虑装置自耗电及室内冷却空调用电8.4万kWh，总体节能503.9万kWh，节电率达到36%，节约金额201.56万元，经济效益相当显著，即用不到2年的时间就可以收回总投资费用。

（二）改善设备启动特性，延长设备的使用寿命，提高设备运行可靠性

电动机直接起动所产生的电流冲击和转矩冲击会给供电系统和拖动系统带来不利影响，故对于容量较大的异步电动机一般都要采用软起动方案。以往常用降压起动，但在降压起动过程中，因没有改变电源频率，过大的转差率的存在，也不可避免地会出现较大的过电流。对于重载起动的设备，当采用变频按电压/频率比例控制方法软起动的方案，即用变频器带动电机从零速开始起动，逐渐升压升速，直至达到其额定转速，则不会产生过电流，并且可提供等于额定转矩的起动力矩，从而改善启动特性。本变频调速系统输入侧为移相变压器提供的42整流脉冲，多级移相叠加整流可以大大改善电网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1，提高了设备使用率。输出侧对每个单元的PWM波形进行重组，可得到正弦度较好的波形，减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造，同时电机谐波损耗大大减小，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。延长了设备使用寿命，减少故障率，也就提高了运行可靠性。

（三）改善工作环境

工频运行时利用调节挡风板来调节风量，使得风通过风道时产生强大的噪音，严重恶化了工作环境，采用变频调速后减少了这种噪音，改善了工作环境。

四、改造中应注意的一些技术问题

1．在技术上，要根据不同的生产设备，选择相应特性的变频器。

2．必须考虑变频器出现故障的情况，故须安装工频--变频运行的切换旁路系统。

3．在变频改造后，要注意风机可能存在扭曲共振现象。如设置频率跳跃功能避开共振点、软连接及机座加震动吸收橡胶等。

4．注意采取必要的对变频器、电机散热措施。

5．变频器不能由输出口反向送电，要求QS2和QS3机械互锁。

五、结束语

近几年，国内的电力电子技术的发展迅速，变频器的各项技术性能也得到大步提高，变频器在风机、水泵类负荷中应用越来越多，节能效果极其显著。对于低压变频器，投资较低、效益高，一年左右就可以收回投资，高压变频器，一般需要2－3年左右时间。随着国产变频器技术发展越来越成熟，变频器的性价比大大提高，为变频器在节能技术改造方面提供了广阔的发展空间。

参考文献：

[1]《HARSVERT-A高压变频器调速技术》，北京利德华福电气技术有限公司.

[2]《电机学》，吉林大学出版社.

[3]《电力电子学》，华中理工大学出版社.