高压变频调速装置在风机上的应用

刘波

摘要： 论文阐述了LP高压变频调速装置在电厂各类风机上的节能应用，其具有节能效果明显、操作简单、维护方便等特点，最主要的是在不改变设备原来的操作系统基础上进行变频节能改造。

Abstract： The paper described the energy-saving applications of the LP high frequency control devices on all kinds of fans of power plants， its effect of energy saving is significant， operation is simple， the maintenance is esay， especially it can conduct frequency energy saving reconstruction based on maintenaning device's original operating system.

关键词： 高压变频装置；功率；风机；电机

Key words： high voltage frequency conversion device；power；fan；motor

中图分类号：TS737+.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）03-0017-02

0 引言

随着科技的发展，节能环保倍受大家的关注，经过分析，杨庄电厂的多台锅炉风机都具备很大的节能空间。对现场的风机设备运行状况进行分析和研究后，决定采用乐普高压变频调速装置进行变频节能改造，改造后能节约大量电能。通过调查后了解，高压变频调速装置使用寿命周期一般在十五到三十年，变频节能改造可以创造非常可观的经济效益和良好社会效益。

1 电厂选用的LP牌SolidDrive系列高压变频调速装置具有以下特点

1.1 设备组成：LP牌智能化高压节电设备采用单元串联多电平技术，属高电压源型，设备主要由移相变压器柜、单元柜和控制柜组成。

1.2 变频装置的工作特点：其本身不会对电网造成污染，纯净的功率输入使用了移相多重化整流逆变技术，无需另置谐波治理装置，更不会对电网造成污染。

1.3 变频装置具有高效的功率因数：产生近乎标准正弦波的输出电流，在正常使用的电机转速范围内（10%—100%），电机运行功率因数能达到0.96及以上。

1.4 变频装置具有高效的节能效率：具有平均96%——99%的高效率。同时不需要另外增加滤波器就可提供畸变的正弦输出电压和标准的正弦电流，不会额外增加原有电机的转动噪音，更不会附加有外应力，更无需将电机进行降频来使用

1.5 变频具有高压进、高压出功能，不需要输出变压器。变频装置本身不要专用变频电机，从而可放心使用普通标准三相感应电动机。

1.6 高压变频的节能效果明显。高压变频设备具有高效的功率因数、高效的节能效率及变频本事具备的物理特性，能大大的节约成本，提高效益。

1.7 具有很高的可靠性和快速维修功能。高压场控大功率的IGBT功率模块，逆变输出每相有5-6组变频单元串联供电。整机采用多模块结构，每个相同的单元内的组件都具备相互调换作用，无论那块出现故障，即可在几分钟内进行维修更换插件，并且不存在电流冲击现象。

1.8 采用独立的空气冷却系统：每台设备都自己具有一套独立的冷却系统，相互独立同时又相互起冷却作用，而且便于维修，容易更换过滤网，简单方便。

1.9 具有旁路切换功能：在变频出现轻故障时能快速切除出故障单元，同时自动对输出功率进行调整，以保证风机能正常运行。

1.10 具有变频、工频相互切换功能：设备在变频工况下正常运行，当变频出现重故障或需要检修维护时，通过对设备的自动切换到工频下运行。在变频故障或维护结束后，可自动切换到变频下运行，同时会自动调整到切换前的运行频率下运行。

2 高压变频调速装置改造分析

2.1 风机节能分析 根据风机学的知识，流量、扬程和消耗的能量之间有下面的关系：■∝■：风机的流量和电机转速成正比；■∝■■：风机的全压和电机转速的平方成正比；■∝■■：风机消耗的轴功率跟电机转速的立方成正比；电机转速公式：n=■（1-s），根据电机学的原理，式中n、f、s、p分别表示电机转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数。当系统采用变频调节时，直接通过改变频率来改变电动机的转速来满足不同工况的需求。此时电机消耗的能量将会以与电机转速立方的关系下降，因此变频调速的节电效果非常显著。变频调速方式调速范围宽，线性度很好，其本身的电子损耗很低，因而无论在轻载还是满载都有很高的效率。

2.2 各风机电机改造前、后比较

2.2.1 风机改造前部分技术数据：以1#引风机电机为例，电机的额定转速990r/min，功率为500kw，功率因数为0.83，电压为6kv，额定电流为61.5A，在运行时的工作电流29A，引风机挡板开度为80%，液耦转速比35%，消耗的功率P工频=1.732×U×I×cos？准=1.732×6kV×29A×0.83≈250kW。其他风机电机消耗功率如下：1#一次风机：293kw、1#二次风机：112kw、1#引风机：250kw、2#一次风机：293kw、2#二次风机：112kw。

2.2.2 变频改造时，原有的设备即电机、液力耦合器都无需改动，只要在电机的输入端进行变频改造，将原来直接接入电机的6kv高压电缆线接入高压变频调速装置的输入端，然后由高压变频调速装置的输出端接入电机的接入端，即可对电机进行变频节能。同时配有变频旁路装置，在变频出现重故障需要停机检修时，经旁路回到原来由液力耦合器控制电机转速的控制方式。

以1#引风机为例，正常运行时风门开度在80%左右，而液力耦合器的调速比为35%，变频改造后运行频率约为30Hz，变频前后功率比为：ηP＝（转速比）3/η1/η2。其中：η1=0.98，η2=0.8，由此可得变频后达到x相同运行工况时，电机所消耗的功率Pb约为：Pb=Pe×ηP=500kW×（30/50）3/0.98/0.8=137.8Kw；变频后相对于原工频挡板调节时节省的电量约为：ΔP=P工频－Pb=250kW－137.8kW=112.2kW；1#引风机变频改造前后节电率为：η节＝（ΔP/P工频）×100％＝（112.2kW/250kW）×100％≈45%。同等工况条件下，变频器一年运行（7680小时）节省的电能约为：112.2kW×7680小时/年=861696（kWh）。

1#引风机经过变频改造后，节电率约为45%，年节电量约为861696kWh；其他风机也同样通过上述计算得出年节电量：1#一次风机1305600kwh、1#二次风机 330240kwh、2#一次风机1305600kwh、2#二次风机 330240kwh.五台风机风机电机每年因高压变频调速装置改造节约电量共计4133376kwh，折合电价共计1802151元。

3 高压变频调速装置的控制方案及系统配置

以1#引风机为例，变频改造采用一拖一的独立运行方式，配备旁路开关，当变频器出现重故障或设备检修时采用旁路工频运行，更好的保证设备的安全运行。该高压变频调速装置具有完善的自控能力，并且精准的接入到电厂的DCS控制系统中，根据设备运行状况制定设备联锁关系，方便于控制。高压变频调速装置的电气回路的简图如图1。

以上简图由3个高压真空接触器KM1～KM3和2个高压隔离开关QS1和QS2及变频器组成。KM1、KM2负责变频启动，KM3负责工频启动，它们不能同时闭合，在电气上实现互锁。变频运行状态时，确定KM3在断开位置，刀闸QS1、QS2在合上位置，KM1和KM2闭合，合上用户上级开关，变频自检正常后启动运行；工频运行时，确认KM1和KM2断开，KM3闭合，再合用户上级开关，进入工频状态。原有的液力耦合器100%，当变频器出现重故障时自动分断变频回路接触器，转工频运行。变频运行时，变频器断开KM1和KM2，合出线旁路KM3，使运行风机机组在工频电源下正常运行，改用原来的运行方式，由液力耦合器控制转速，以保证生产的安全运行。

参考文献：

[1]工程流体力学泵与风机 ISBN：9787502577698 出版社：化学工业出版社，2006-01.

[2]电气传动与变频技术 ISBN：9787122093271出 版 社：化

学工业出版社，2011-01-01.

[3]刘志强，刘春晓，刘世雄.高压变频器在电厂锅炉风机上的应用[J].神华科技，2010（03）.