變頻器在電廠風機上節能的應用

李巖鋒

[摘要]介紹高壓變頻器在電廠風機中的節能應用。

[關鍵詞]變頻器 調速 節能

中圖分類號：TM4文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520008－01

一、序言

鍋爐風機是發電廠重要能耗設備，風機額定轉速時的風量通常超過實際所需風量，調節風量大小以往的做法是調節擋風板開度來實現的，此方法實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調節的目的，浪費大量電能，回收這部分電能損耗會收到很大的節能效果。利用變頻器的調速功能，應用到風機上能夠節約大量電能，當風量減少時采用變頻調速方式降低風機轉速，減少電機輸入功率，從而降低能耗。

交流異步電機轉速與電源的頻率f成正比（n轉速＝（1－S轉差率）×60×f頻率/p極對數），改變定子供電頻率就改變了電動機的轉速，從而改變了電動機的輸入功率。變頻調速裝置是將電網50Hz的交流電，變成頻率可調的交流電去驅動交流電動機實現調速的。其特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速的范圍大、精度高、無級調速，大量節約電能，以及其能方便實現與自動化控制系統（如DCS系統等）間的通訊，使其在各領域得到廣泛的應用。

二、變頻器調速系統在鍋爐風機電機上的應用

我公司#7鍋爐共有4臺風機，安裝了3臺北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A06系列變頻器。本變頻調速系統由移相變壓器、功率單元和控制器組成。

圖1是引風機變頻器接線形式。原電動機電源直接作為變頻器輸入電源，再通過變頻器輸出連接到電機。為充分保證系統的可靠性，變頻器同時加裝了工頻旁路裝置，變頻器異常時退出運行，電機由變頻切換到工頻狀態運行。旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成。在變頻運行時，QS1和QS2合閘，QS3斷開。工頻運行時，QS3合閘，QS1和QS2斷開。QS2和QS3為機械互鎖不能同時合閘。

變頻調速控制系統接入DCS系統，可在DCS系統中對電動機啟、停、轉速調整控制。裝置還提供報警指示、故障指示、待機狀態、運行狀態、旁路狀態、高壓合閘允許、高壓緊急分斷等保護信息以及轉速給定值和風機實際轉速值等必要指示，方便操作人員進行操作控制。

安裝后，進行了一系列的動態試驗，如變頻器50Hz滿載運行試驗、電機風機系統臨界振動實驗、母線電壓波動試驗、連續快速增減負荷試驗等，均達到要求，設備運行至今一切正常。

三、變頻調速系統應用中體現出的優點

（一）節能效益巨大

改造以前，3臺風機工頻電流在150A左右，通過改造后，在相同負荷情況下，風機變頻運行下電流在95A左右，減少55A，節約36.6%，年節約能力270（年運行天數）×24（小時）×（1000+710+450）（電機總功率）×0.366=512.3萬kWh，考慮裝置自耗電及室內冷卻空調用電8.4萬kWh，總體節能503.9萬kWh，節電率達到36%，節約金額201.56萬元，經濟效益相當顯著，即用不到2年的時間就可以收回總投資費用。

（二）改善設備啟動特性，延長設備的使用壽命，提高設備運行可靠性

電動機直接起動所產生的電流沖擊和轉矩沖擊會給供電系統和拖動系統帶來不利影響，故對于容量較大的異步電動機一般都要采用軟起動方案。以往常用降壓起動，但在降壓起動過程中，因沒有改變電源頻率，過大的轉差率的存在，也不可避免地會出現較大的過電流。對于重載起動的設備，當采用變頻按電壓/頻率比例控制方法軟起動的方案，即用變頻器帶動電機從零速開始起動，逐漸升壓升速，直至達到其額定轉速，則不會產生過電流，并且可提供等于額定轉矩的起動力矩，從而改善啟動特性。本變頻調速系統輸入側為移相變壓器提供的42整流脈沖，多級移相疊加整流可以大大改善電網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近1，提高了設備使用率。輸出側對每個單元的PWM波形進行重組，可得到正弦度較好的波形，減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造，同時電機諧波損耗大大減小，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。延長了設備使用壽命，減少故障率，也就提高了運行可靠性。

（三）改善工作環境

工頻運行時利用調節擋風板來調節風量，使得風通過風道時產生強大的噪音，嚴重惡化了工作環境，采用變頻調速后減少了這種噪音，改善了工作環境。

四、改造中應注意的一些技術問題

1．在技術上，要根據不同的生產設備，選擇相應特性的變頻器。

2．必須考慮變頻器出現故障的情況，故須安裝工頻--變頻運行的切換旁路系統。

3．在變頻改造后，要注意風機可能存在扭曲共振現象。如設置頻率跳躍功能避開共振點、軟連接及機座加震動吸收橡膠等。

4．注意采取必要的對變頻器、電機散熱措施。

5．變頻器不能由輸出口反向送電，要求QS2和QS3機械互鎖。

五、結束語

近幾年，國內的電力電子技術的發展迅速，變頻器的各項技術性能也得到大步提高，變頻器在風機、水泵類負荷中應用越來越多，節能效果極其顯著。對于低壓變頻器，投資較低、效益高，一年左右就可以收回投資，高壓變頻器，一般需要2－3年左右時間。隨著國產變頻器技術發展越來越成熟，變頻器的性價比大大提高，為變頻器在節能技術改造方面提供了廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]《HARSVERT-A高壓變頻器調速技術》，北京利德華福電氣技術有限公司.

[2]《電機學》，吉林大學出版社.

[3]《電力電子學》，華中理工大學出版社.