循环水冷却风机变频改造的意义

郑肖云

(上海凯盛节能工程技术有限公司，上海 200060)



循环水冷却风机变频改造的意义

郑肖云

(上海凯盛节能工程技术有限公司，上海 200060)

摘要：根据国家及中国建材集团的节能减排的要求，对四川威远西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生产线余热发电工程循环水冷却风机采用的变频风机及变频器进行了升级改造。该文从三个方面来分析变频升级改造后的效果和意义：1)使用变频风机后的节能效果；2)在设备启停过程中，对设备自身绝缘损害性能及使用寿命的影响；3)在设备启停过程中，对配电系统稳定性的影响。

关键词：变频；风机；节能；绝缘；稳定

四川威远西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生产线余热发电工程，配套一台容量为5 MW的纯凝式汽轮机、一台容量为5 MW的无刷励磁发电机，配套两台45 kW风机(均为运行风机)。随着机组负荷降低，冬季气温下降，风机的工频满负荷运转造成电耗的大量浪费，为此对冷却风机进行了变频升级改造。

1风机变频的改造

首先，在电机的选型上我们要采用变频电机并采用变频器进行控制。由于变频器输出的PWM调宽波模拟正弦交流含有大量的谐波，考虑高次谐波会加深磁路饱和以及低频时为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压，变频电机主磁路设计成不饱和磁路。另外，考虑高次谐波对变频电机的绝缘结构、振动、噪声、冷却等方面的影响，变频电机采用F级或更高，加强对地绝缘、线匝间的绝缘强度以及耐冲击电压的能力，一般采用强迫风冷，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

在电机采用变频电机后，电缆也要采用变频电缆，变频电缆是对称“3+3”结构成缆，多了一层金属屏蔽。变频器工作是产生的大量谐波进入普通的“3+1”型电缆后，高次谐波产生的分流会在“3+1”芯中的接地线上叠加，会使接地芯击穿；而采用“3+3”结构，把接地芯平均分成3份，相位差120°，向量和为零，所以不会击穿。而金属屏蔽是为了最大限度地减少变频器用电缆对周围电气系统的影响，此外对称的结构也大大地增强了金属屏蔽的效果。

另外，变频器配有进线电抗器和出线电抗器，一般集成在变频器内部，进线电抗器是依靠线圈的感抗来阻碍电流变化的电器，抑制变频器产生高次谐波。限制变流器换相时电网侧的电压降，减小电网系统操作时所产生的电流冲击，提高变频系统的功率因数，其通常串联于变频器进线端和电源之间。出线电抗器原理和进线电抗器相同，是为了抑制变频器输出的谐波干扰。在负载合闸瞬间能够有效地抑制回路涌流保护回路中的变频器装置及其它元器件免受过电流冲击，同时可以补偿长线分布电容的影响，延长传输距离(最大允许电动机电缆长度主要取决于传动装置的开关频率和输出电压)。

在变频控制方面设置了就地、柜面、DCS远程控制3种控制模式，变频器采用一拖一的控制方式，逻辑比较简单。既方便操作人员的操作，又提供了备用的变频器，以便在一台变频器发生故障时另一台可以进行变频控制。

2风机变频节能及原理

由于机组的负荷率变化以及季节变化导致的环境温度的变化，为了满足凝汽机的最佳真空状态，循环水的流量、所需的冷却风量均在减少，因冷却风机进口的风量无法节流，如果此时仍采用冷却风机以工频的方式工作在最大负荷的工况下，必然会造成电能的浪费。如果根据实际工况进行变频调速控制，由于P=9 550n·t(其中P为有功功率，n为电机转速，t为电机转矩)，因此降低速度可以有效地节约电耗。

变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压和频率，根据公式n=60f(1-s)/p(其中：n为电机转速，f电源频率，p为电机极对数，s为转差率)进而达到节能、调速的目的。另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护，使电机在运行时的检测更加全面，从而更好为电机提供保护。

四川威远西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生产线余热发电工程的循环水冷却风机采用的变频风机及变频器控制的升级改造后，冬季基本运行在40 Hz，功率基本保持在额定功率的0.8倍，每小时节约电能(1-0.8)×45 kW·h=9 kW·h。按照机组每年运行7 200 h考虑，每年节约电能约9×7 200=64 800 kW·h的电能，对业主来说可以节省一笔可观的费用，对整个电网来说是负荷的降低、能源的节约，符合国家节能环保这一可持续发展理念。该工程变频器控制改造方案，见图1。

3风机变频启动的优点

控制电机的启动电流：当电机通过工频直接启动时，它会产生6～7倍的启动电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。当点击采用变频调速则可以在零速零压或低速低压启动，并且可以按照用户的需要进行加速设置，可以选择直线加速、S曲线加速或者自动加速。电机启动电流曲线见图2，一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制的方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组的承受力，见图2(b)和图2(c)。用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低，电机的寿命则相应增加。

降低电力线路的电压波动措施如下：在电机工频启动时，电流剧增的同时电压也会大幅波动。电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如继电器和接触器等均会产生误动作。而采用变频调速后由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降现象。

4结语

风机变频控制除了节约电能、对设备寿命的延长和对系统稳定的保持有着显著效果外，还可以对循环水温进行精确的控制，确保循环水乃至凝结水温、凝结水中的含氧量等等参数控制在最佳的范围内，对整个发电系统的优化都有着重要的意义。我公司在多个工程中的循环水冷却风机均采用变频升级改造，使其得到了广泛应用。

参考文献

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本刊编辑部

Significance of Circulating Water Cooling Machine

Using Frequency Converter

ZHENGXiao-yun

(Shanghai Triumph Energy Conservation Engineering Co, Ltd，Shanghai 200060，China)

Abstract:Taking into account the requirements of the state and the group's energy-saving emission reduction, Sichuan southwest WeiYuan Cements Limited 2 500 t/d clinker production line of new dry process cement production line waste heat power generation project, the use of frequency conversion fan and frequency conversion controlling upgrade. This article analyzes the effect and the significance after upgrading from three aspects：1)the energy saving effect after using the frequency conversion fan；2)the insulation damage and the life of the equipment in the equipment starting and stopping process；3) the influence of the stability of the power distribution system in the equipment starting and stopping process.

Key words:frequency conversion；fan；energy conservation；insulation；steady

作者简介：郑肖云(1984-)，工程师.E-mail:xiaoyun.zheng@steccn.com

收稿日期：2015-08-05.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.015