高压变频技术在某电厂大型引风机的应用

彭 耀，邵 伟

山东邹城兖矿济三电力有限公司，山东邹城 273500

0 引言

引风机是火力发电厂的耗电大户，其耗电量占厂用电量比重较大，因此利用调速技术降低引风机的耗电量，对火力发电厂的经济运行有着重要的意义。

随着电子技术和自动控制技术的迅猛发展，高压变频调速技术不断得到完善和改进，高压变频器稳定性和安全性大大提高，使之应用越来越广泛。

1 调速节能的原理

由流体力学的的基本定律可知风机的转速n与流量Q、压力H、轴功率P之间的关系：

Q1/Q2= n1/n2；

H1/H2= (n1/n2)2；

P1/P2= (n1/n2)3。

显而易见通过调整电机的转速，可以大幅降低电机的出力。在其它运行条件不变的情况下，通过调整电机的转速，节电的效果与转速的立方成正比，节电效果非常显著。

2 高压变频调速原理

交流异步电动机的转速由下列公式确定：n=60f(1-s)/P。

n为异步电动机的转速；f为电机电源的频率；s为电动机的转差率；p为电机的极对数；

变频调速是通过改变电机的供电电源的频率，来改变电机的转速。九江电厂选用的西门子罗宾康PH-6-6型高压变频器采用单元串联多电平技术。变频器主要有移相变压器、功率单元和控制器组成。变频器共有18个功率模块，每个功率单元直接接到移相变压器的副边，主回路相对独立，类似常规低压变频器（为基本的交－直－交单元逆变电路），整流侧为二极管三相全桥（通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，得到单相交流输出）。输出端则是每六个功率单元（来自移相变压器同相副边）串联成高压接成星型接法给电动机供电。

3 高压变频器调速改造中的注意事项

锅炉风机进行变频器改造中，必须要考虑下列问题，以免带来投资的损失。

1）为确保风机安全可靠运行，必须实现工频－变频运行的切换系统（旁路系统），如采用手工切换如能满足设备运行工艺要求，建议尽量选用手动旁路，减少投资；

2）在变频改造后，要注意风机可能存在扭曲共振现象，在调试过程中，在各种转速下，进行测振，发现共振，设置频率跳跃功能避开共振点；

3）在低转速电机有可能发热，是由于电机自冷却风扇因转速低而效率降低和谐波引起的损耗发热。应选用谐波较低的变频器，如有必要对电机进行冷却系统改造或采取另外的强迫风冷等措施。

4 引风机变频器改造

一次接线如图1，变频器电源取自原6KV开关，图中QF开关为引风机原6kV开关。为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以手动切换到工频下运行，工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成，QS2、QS3实现互相机械闭锁，保证QS2、QS3不能同时闭合。 变频器运行时：QS1、QS2闭合，QS3断开。工频运行时：QS3闭合，QS1、QS2断开。

图1 接线图

1）引风机电机设置两套保护定值，适应变频运行和工频运行。引风机电机跳闸回路进行改造，增加变频器故障跳6kV开关回路，为确保工频下可靠运行，在此跳闸回路中加装压板，变频运行时压板投入，变频器故障跳6kV开关；工频运行时，压板退出；

2）提供工作和备用两路电源给变频器控制系统，电源容量为380V、20A。工作电源和备用电源运行中均送电，变频器内部实现自动切换；

3）引风机6kV开关启动、停止按钮、电机电流及开关状态显示不变，增加变频器启动和变频器停止按钮，并增加变频器运行、变频器故障、变频器就绪、变频器报警、变频器转速信号；

4）变频器本体有转速调节选择开关，选择就地和远方控制。选择就地时：控制数据从变频器本体键盘输入；选择远方时：控制数据从DCS中输入（4mA～20mA）模拟量。

5 改造后的效益评估

引风机进行变频改造后，风机设备启动为软启动，启动冲击力小，能够很好保护风机设备，同时满足锅炉燃烧调节的需要，引风机挡板全开，减少风道的磨损，延长设备的使用寿命。设备运行稳定，调节精度高，功率因素和效率很高，在低速运行时电流下降明显，且故障定位功能准确实用，维护简单。虽然投资成本高，但运行成本低，节能效果显著。

加装高压变频器后在各种负荷下引风机电流大约只有液力耦合器的一半左右。

比较机组厂用电率，引风机加装变频器后，厂用电率下降了0.2%～0.3%,可降低煤耗0.75g/kW·h，其节能效果显著。

6 结论

引风机进行变频改造，使设备的运行调节方式灵活合理，自动化控制水平得到提高，虽然一次性投资较大，但运行和维护费用非常低，而且节电效果是其它调速方法无法比拟的，在老电厂进行高压变频改造可大大降低厂用电率，具有显著的节能效果和较大的经济效益。