大功率变频器在陡河发电厂二期吸风机上的应用

席治国

摘要： 随着中压变频器技术的日趋成熟，大功率变频器的应用也越来越广泛。变频器的节能效果无庸质疑。保证大功率变频器的稳定运行才是保证机组可靠运行及实现节能降耗的关键问题，下面结合陡河发电厂3、4号机组吸风机加装变频器后的使用情况做一探讨。希望通过技术交流，促进保证变频器稳定运行工作的进一步开展。

关键词：稳定运行 节能 运行条件 密闭空水冷

概述：高压变频技术随着功率元件耐压等级的提高及计算机技术的日趋成熟。大功率的变频器在电厂中的应用已经相当普遍。变频器的使用对于节能降耗、降低厂用电率及保护电机等方面都能起到非常积极的作用。陡河发电厂利用机组大修的机会对3、4号机组的甲乙吸风机进行了加装变频器的改造。吸风机电机参数和如下：型号EFLA-KK ；额定功率2050kW；额定转速592rpm；额定电压6.0kV；额定电流240A。所使用变频器为利德华福公司生产的产品型号为：HARSVERT-A06/260。其中3号机组吸风机加装变频器改造于2009年3月完工，4号机组吸风机加装变频器改造于2009年10月完工。完工后变频器即投运，投运后4台变频器运行非常稳定至今没有发生任何故障，节能效果明显，目前可以说改造是非常成功的。

经济综合测试评价：

我们先简单了解一下变频器的工作原理： 我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n＝60 f(1－s)/p (1) ；式中n—异步电动机的转速； f—异步电动机的频率； s—电动机转差率； p—电动机极对数。 由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。根据现场吸风机的运行要求我们将变频器设定在25～50Hz之间运行。在此范围内电机运行的电流在30A～100A;对应电压在3KV～6 KV可调。

但众所周知变频器的节电多少主要视机组的负荷大小情况而定。因此每天的节电量也是有很大的差异，我厂节能组通过对电度的综合统计得出平均每台变频器每天节电约1.3万度。如此每台变频器每年按运行300天、每度电成本按0.3元计算一年可节省直接经济费用为： 4×1.3×0.3×300＝468万元。变频器总投资费用（包括设备费428万、土建费用40万、空调费用30万）约为500万左右。按此计算变频器运用一年即可收回总投资费用。经济效益还是非常可观的。

此外加装变频器后可实现对电机的软启动，减少了直接启动对于电机的冲击，大大延长电机的使用寿命。加装变频器的积极作用可谓是一举多得。

如何保证稳定运行：

变频器的积极作用已经在实际运行中得到了充分体现。但是所有的积极作用的前提是变频器要稳定运行。如果变频器不能够保证稳定运行经常出现故障造成跳闸不仅不会起到积极作用反而会给用户带来更大的麻烦。因此在加装变频器之前我们主要考虑的是如何保证变频器的稳定运行。

在此之前我厂已经在凝结泵，给水泵等设備上使用了变频器，但效果不太理想，特别是大功率的变频器；例如给水泵（电机容量为1600KW）上使用的4台AB变频器，据统计累计发生故障达数十次。发生过诸如：电源故障、转换板故障、波吸收电阻坏、保护故障、干扰故障、脉冲控制板故障、功率元件故障、PCL故障、控制单元冷却风扇故障等二次控制方面的故障。经过总结分析造成变频器出现问题主要因素为2点：1：运行温度；2：运行环境。

要解决以上两个问题就要在变频器房间的环境及室内的冷却方式上下工夫。通过与厂家技术人员和其他兄弟单位的沟通并总结了以往变频器的冷却方案的优缺点。我们决定在3、4号机吸风机变频器室采用密闭空水冷的冷却方案。

密闭空水冷：

所谓密闭空水冷是指在一个密闭的房间内将冷风和热风通过风道分离开，这样便于防止冷热风混风造成冷却效果降低。通过风道内的循环风机在变频器间内部实现循环，将变频器的热风通过风道汇集起来通过冷却器冷却后再将冷风通过风道排出来直接对变频器进行冷却。此方案的优点是冷却效果好，冷却系统运行稳定、省电，且室内密闭循环够充分保证变频器室内的清洁。

此方案虽然优点很多但是实现起来有一定的条件限制。首先要有作为主要冷却介质的冷水，其次要合理选择冷却器的容量，及风道的排风量以保证冷却效果。经过讨论我们决定用深井水作为冷媒（我厂的深井水温长期保证在16度左右，且水质干净是优良的冷却水源），水源取自我厂煤场路消防管道，主管道采用DN80镀锌直埋保温钢管，敷设方式为地下直埋。入变频器室的分支管道为DN50，管材同主管道，在2个分支管道安装阀门以控制流量。处理后的井水用管道输送至主厂房炉侧一、二期空调回水水箱回收，以现实循环利用。

我们将变频器的发热量（每台变频器按容量的4％计算）及冷却水的水温参数及冷却要求（室内温度要求在28度左右）提供给空调厂家通过招标方式购置冷却设备。最终我们选用了山东金光公司的冷却设备。冷却设备安装的具体实施方案为：在每个变频器室内分别安装2台（一用一备）冷却器型号为ZKD6，在室内安装冷、热风风道，风道内安装循环风机排风量为6000m3/h。

此套冷却设备投运后冷却效果非常理想室内温度长期保持在25度左右，即使在夏天室内温度也不会超过28度。此外冷却设备运行非常稳定且省电，靠变频器本身顶部的18台风机就可实现风道的循环。密闭空水冷方案的成功实施即达到了良好的冷却效果又保证了室内的环境清洁。可谓是一举多得，良好的运行温度和运行环境为变频器的稳定运行提供了保证。

轻、重故障设定：

在保证变频器运行环境的同时我们对变频器轻、重故障保护的设定也结合以往变频器的使用经验做了相应的调整。变频器本身具备很多保护条件具体分为轻故障和重故障。其中轻故障条件发生变频器只是报警而不跳闸。重故障条件发生变频器立即跳闸。在综合考虑了保证机组稳定运行和保证变频器安全运行后我们将某些不必要的重故障条件改为轻故障以免变频器出现意外跳闸情况影响机组稳定运行。具体变频器的轻、重故障条件汇总如下：

轻故障汇总：

（1）单元旁路（以下情况，功率单元可以旁路运行：功率单元输入缺相；功率单元过热；功率单元直流母线欠压、单元过压；功率单元驱动故障；功率单元电源故障）

（2）控制电源掉电；常用控制电掉电；备用控制电掉电

（3）变压器轻度过热130℃；

（4）在高压就绪的情况下，风机故障；

（5）电机120％过载；

（6）DCS模拟给定掉线；

（7）柜体超温（温度过于40℃，可设定为重故障）

（8）运行中柜门打开（可设定为重故障）

二、重故障

重故障汇总

（1）电机电流达到200%额定值，立即保护

（2）电机电流达到120％额定值超过1分钟

（3）系统故障

实践证明我们所做的工作是非常有成效的，我厂目前安装的这四台吸风机变频器运行非常稳定，没有发生过任何故障,节能效果明显，经济效益显著。

结束语

目前全世界都在开展节能降耗的工作，作为用煤大户的发电企业这是我们义不容辞的责任，而变频器的应用是一个主要手段，将来大功率变频器的应用也必将越来越广泛。我相信只要我们肯于做工作大功率变频器的稳定运行是完全有保证的，经济效益与机组安全运行的双赢也必然能够实现。