大功率變頻器在陡河發電廠二期吸風機上的應用

席治國

摘要： 隨著中壓變頻器技術的日趨成熟，大功率變頻器的應用也越來越廣泛。變頻器的節能效果無庸質疑。保證大功率變頻器的穩定運行才是保證機組可靠運行及實現節能降耗的關鍵問題，下面結合陡河發電廠3、4號機組吸風機加裝變頻器后的使用情況做一探討。希望通過技術交流，促進保證變頻器穩定運行工作的進一步開展。

關鍵詞：穩定運行 節能 運行條件 密閉空水冷

概述：高壓變頻技術隨著功率元件耐壓等級的提高及計算機技術的日趨成熟。大功率的變頻器在電廠中的應用已經相當普遍。變頻器的使用對于節能降耗、降低廠用電率及保護電機等方面都能起到非常積極的作用。陡河發電廠利用機組大修的機會對3、4號機組的甲乙吸風機進行了加裝變頻器的改造。吸風機電機參數和如下：型號EFLA-KK ；額定功率2050kW；額定轉速592rpm；額定電壓6.0kV；額定電流240A。所使用變頻器為利德華福公司生產的產品型號為：HARSVERT-A06/260。其中3號機組吸風機加裝變頻器改造于2009年3月完工，4號機組吸風機加裝變頻器改造于2009年10月完工。完工后變頻器即投運，投運后4臺變頻器運行非常穩定至今沒有發生任何故障，節能效果明顯，目前可以說改造是非常成功的。

經濟綜合測試評價：

我們先簡單了解一下變頻器的工作原理： 我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位： n＝60 f(1－s)/p (1) ；式中n—異步電動機的轉速； f—異步電動機的頻率； s—電動機轉差率； p—電動機極對數。 由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。根據現場吸風機的運行要求我們將變頻器設定在25～50Hz之間運行。在此范圍內電機運行的電流在30A～100A;對應電壓在3KV～6 KV可調。

但眾所周知變頻器的節電多少主要視機組的負荷大小情況而定。因此每天的節電量也是有很大的差異，我廠節能組通過對電度的綜合統計得出平均每臺變頻器每天節電約1.3萬度。如此每臺變頻器每年按運行300天、每度電成本按0.3元計算一年可節省直接經濟費用為： 4×1.3×0.3×300＝468萬元。變頻器總投資費用（包括設備費428萬、土建費用40萬、空調費用30萬）約為500萬左右。按此計算變頻器運用一年即可收回總投資費用。經濟效益還是非常可觀的。

此外加裝變頻器后可實現對電機的軟啟動，減少了直接啟動對于電機的沖擊，大大延長電機的使用壽命。加裝變頻器的積極作用可謂是一舉多得。

如何保證穩定運行：

變頻器的積極作用已經在實際運行中得到了充分體現。但是所有的積極作用的前提是變頻器要穩定運行。如果變頻器不能夠保證穩定運行經常出現故障造成跳閘不僅不會起到積極作用反而會給用戶帶來更大的麻煩。因此在加裝變頻器之前我們主要考慮的是如何保證變頻器的穩定運行。

在此之前我廠已經在凝結泵，給水泵等設備上使用了變頻器，但效果不太理想，特別是大功率的變頻器；例如給水泵（電機容量為1600KW）上使用的4臺AB變頻器，據統計累計發生故障達數十次。發生過諸如：電源故障、轉換板故障、波吸收電阻壞、保護故障、干擾故障、脈沖控制板故障、功率元件故障、PCL故障、控制單元冷卻風扇故障等二次控制方面的故障。經過總結分析造成變頻器出現問題主要因素為2點：1：運行溫度；2：運行環境。

要解決以上兩個問題就要在變頻器房間的環境及室內的冷卻方式上下工夫。通過與廠家技術人員和其他兄弟單位的溝通并總結了以往變頻器的冷卻方案的優缺點。我們決定在3、4號機吸風機變頻器室采用密閉空水冷的冷卻方案。

密閉空水冷：

所謂密閉空水冷是指在一個密閉的房間內將冷風和熱風通過風道分離開，這樣便于防止冷熱風混風造成冷卻效果降低。通過風道內的循環風機在變頻器間內部實現循環，將變頻器的熱風通過風道匯集起來通過冷卻器冷卻后再將冷風通過風道排出來直接對變頻器進行冷卻。此方案的優點是冷卻效果好，冷卻系統運行穩定、省電，且室內密閉循環夠充分保證變頻器室內的清潔。

此方案雖然優點很多但是實現起來有一定的條件限制。首先要有作為主要冷卻介質的冷水，其次要合理選擇冷卻器的容量，及風道的排風量以保證冷卻效果。經過討論我們決定用深井水作為冷媒（我廠的深井水溫長期保證在16度左右，且水質干凈是優良的冷卻水源），水源取自我廠煤場路消防管道，主管道采用DN80鍍鋅直埋保溫鋼管，敷設方式為地下直埋。入變頻器室的分支管道為DN50，管材同主管道，在2個分支管道安裝閥門以控制流量。處理后的井水用管道輸送至主廠房爐側一、二期空調回水水箱回收，以現實循環利用。

我們將變頻器的發熱量（每臺變頻器按容量的4％計算）及冷卻水的水溫參數及冷卻要求（室內溫度要求在28度左右）提供給空調廠家通過招標方式購置冷卻設備。最終我們選用了山東金光公司的冷卻設備。冷卻設備安裝的具體實施方案為：在每個變頻器室內分別安裝2臺（一用一備）冷卻器型號為ZKD6，在室內安裝冷、熱風風道，風道內安裝循環風機排風量為6000m3/h。

此套冷卻設備投運后冷卻效果非常理想室內溫度長期保持在25度左右，即使在夏天室內溫度也不會超過28度。此外冷卻設備運行非常穩定且省電，靠變頻器本身頂部的18臺風機就可實現風道的循環。密閉空水冷方案的成功實施即達到了良好的冷卻效果又保證了室內的環境清潔。可謂是一舉多得，良好的運行溫度和運行環境為變頻器的穩定運行提供了保證。

輕、重故障設定：

在保證變頻器運行環境的同時我們對變頻器輕、重故障保護的設定也結合以往變頻器的使用經驗做了相應的調整。變頻器本身具備很多保護條件具體分為輕故障和重故障。其中輕故障條件發生變頻器只是報警而不跳閘。重故障條件發生變頻器立即跳閘。在綜合考慮了保證機組穩定運行和保證變頻器安全運行后我們將某些不必要的重故障條件改為輕故障以免變頻器出現意外跳閘情況影響機組穩定運行。具體變頻器的輕、重故障條件匯總如下：

輕故障匯總：

（1）單元旁路（以下情況，功率單元可以旁路運行：功率單元輸入缺相；功率單元過熱；功率單元直流母線欠壓、單元過壓；功率單元驅動故障；功率單元電源故障）

（2）控制電源掉電；常用控制電掉電；備用控制電掉電

（3）變壓器輕度過熱130℃；

（4）在高壓就緒的情況下，風機故障；

（5）電機120％過載；

（6）DCS模擬給定掉線；

（7）柜體超溫（溫度過于40℃，可設定為重故障）

（8）運行中柜門打開（可設定為重故障）

二、重故障

重故障匯總

（1）電機電流達到200%額定值，立即保護

（2）電機電流達到120％額定值超過1分鐘

（3）系統故障

實踐證明我們所做的工作是非常有成效的，我廠目前安裝的這四臺吸風機變頻器運行非常穩定，沒有發生過任何故障,節能效果明顯，經濟效益顯著。

結束語

目前全世界都在開展節能降耗的工作，作為用煤大戶的發電企業這是我們義不容辭的責任，而變頻器的應用是一個主要手段，將來大功率變頻器的應用也必將越來越廣泛。我相信只要我們肯于做工作大功率變頻器的穩定運行是完全有保證的，經濟效益與機組安全運行的雙贏也必然能夠實現。