高壓變頻器在鍋爐引風機改造中的應用

呂冬

摘 要：為了達到降低電費和維護費用、增強企業競爭力的目的，利用高壓變頻器對鍋爐引風機進行了改造。通過分析引風機高壓變頻器的工作原理和性能特點，對比改造前、后的運行成本，證實了改造的必要性和經濟性，對類似的改造項目具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：高壓變頻器；引風機；鍋爐；工作原理

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.092

在某火力發電廠的工業生產中，22#鍋爐引風機的投產時間已達25年，設備老舊，電動機和風機的容量較大，是廠用電設備中耗電量較大的設備。采用工頻運行方式時，風量的調節是通過改變引風機入口擋板的開度來實現的，以滿足現場實際風量的需要。而在擋板調節過程中，有相當一部分能量會損失掉，且調節速度慢。在夏季和冬季，22#鍋爐負荷差異較大，這不僅加劇了設備的老化，還增加了維護費用。如果采用高壓變頻技術對鍋爐系統進行改造，將引風機入口擋板改為全開，風量的調節通過改變電動機的轉速來實現，就可以降低生產和維護成本，提高經濟效益，從而有利于企業競爭力的提升。可見，對鍋爐引風機進行改造很有必要。

1 鍋爐引風機的改造方案

針對22#鍋爐引風機原有運行方式的不足，利用高壓變頻技術對引風機進行改造，以期達到節能減排的目的。

1.1 變頻器的選擇

本次需要改造的2臺鍋爐引風機（1#引風機和2#引風機）電動機的具體參數為電機型號YKK5001-6，額定容量560 kW，額定電壓6 000 V，額定電流68 A，額定轉速960 r/min，功率因數0.85.根據引風機電動機的類型和負載特性等參數，選擇了北京合康億盛科技有限公司生產的型號為HIVERT-Y06/077的電動機，其相關參數為額定容量800 kVA，額定輸入電壓6 kV（-20%～15%），額定輸出電壓6 kV，額定輸出電流77 A，且采用空間矢量PWM調制技術，變頻效率高于98%.

1.2 引風機變頻器的性能

引風機變頻器具有以下性能：①采用單元串聯脈寬調制疊波技術，輸出波形幾近完美的正弦波，技術成熟、可靠，變頻器外部接線簡單，只需連接變頻器一次側電源輸入、輸出接線和二次側控制電源、控制信號接線；②功率因數高，無需功率因數補償裝置，可有效減少無功輸入，降低輸入容量；③功率單元采用模塊化設計，方便從機架上抽出、移動和變換，且同型號單元可以互換，維護方便；④變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉矩脈動小于0.1%，變頻器可設置3個共振頻率段并自動跳過共振點；⑤輸出電壓具備AVR（自動電壓調整）穩壓功能，防止過高電壓對電機絕緣造成損壞，從而降低電機損耗；⑥具有飛車啟動功能，實現電機在旋轉中再啟動，滿足工業生產的連續性需求；⑦具有遠程/本地控制切換功能，能實現對變頻器的遠距離操作；⑧變頻裝置設過電壓保護、過電流保護、欠電壓保護、缺相保護、短路保護、超頻保護、單相接地保護、失速保護、變頻器過載保護、電機過載保護、變壓器過溫保護、半導體器件過熱保護、瞬時停電保護等，并能聯跳輸入側電源開關。

1.3 主回路的控制與工作原理

引風機高壓變頻系統的一次接線如圖1所示。該系統由工頻

旁路和變頻回路組成，采用“一拖一手動旁路”的運行控制方案，從而使系統的穩定性、可靠性得到提升。正常運行時，利用高壓變頻器來控制電動機的運行狀態；變頻器故障時，可以手動選擇工頻旁路，將電機切換到工頻狀態下，從而保障工業生產的連續性。該系統的工作原理為：在變頻方式下，6 kV電源通過開關QF和刀閘QS1輸入高壓變頻器，經高壓變頻器調節后通過QS22輸出控制電動機；在工頻旁路方式下，6 kV電源通過開關QF和刀閘QS21直接控制電動機。QS1、QS21互為聯鎖，QS21和QS22為單刀雙擲開關，可以有效保證系統只在一種方式下運行，防止誤操作。通常情況下，該系統在變頻方式下運行，只有在變頻器出現故障或維修時，才在工頻方式下運行。

1.4 變頻器的操作方式和注意事項

變頻器的操作方式有以下2種：①遠程DCS操作。將變頻調速系統接入22#鍋爐DCS系統，通過組態畫面設定頻率參數，實現對電動機轉速自動控制信號的調節，從而實現對電動機轉速的調節，滿足系統運行工藝的需求。②本地操作。利用控制柜上的觸摸屏控制電動機的啟動、停止、復位和參數設置，實現對變頻器的有效操作。

在使用變頻器的過程中，需要注意以下3點：①變頻器有工作和備用兩路控制電源，這兩路電源同時供電。在需要停控電源時，要將內部不間斷電源和移相變壓器二次側提供的380 V電源同時停用。②高壓變頻器屬于高壓設備，在其停運后，要將儲能元件充分放電，同時做好接地保護措施。③在測量6 kV電纜絕緣時，應將變頻器移除，否則，變頻器的功率單元器件會因過電壓而燒毀。

2 改造后的經濟效益對比

評定經濟運行指標是改造中的一個重點。為了測試引風機變頻改造后的經濟性，22#鍋爐1#引風機采用變頻方式運行，2#引風機采用工頻方式運行。經過測試，在滿足鍋爐正常運行的情況下，一臺電動機工頻運行消耗的功率為512 kW·h，變頻運行消耗的功率為280.58 kW·h，節能效率為45.2%.按一年運行8 500 h、電費0.52元/kW·h計算，2臺引風機一年可以節約電量3 934 140 kW·h，年節約電費216.576萬元。改造后，引風機的運行費用明顯降低。

3 結論

隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置日趨成熟，高壓變頻技術也被廣泛應用于工業生產中。在鍋爐引風機改造中，采用高壓變頻技術既滿足了生產工藝要求，又提高了鍋爐系統的穩定性和信息化程度，節約了大量電能，經濟效益和社會效益較好。

參考文獻

[1]王慶剛，張利彬.HARSVERT-A高壓變頻器在石灰回轉窯中的應用[J].電子技術與軟件工程，2014（15）.

[2]姚永恒.高壓變頻器在礦井通風機節能中的應用[J].電氣技術，2014（20）.

〔編輯：劉曉芳〕