一、序言
鍋爐風(fēng)機(jī)是發(fā)電廠重要能耗設(shè)備,風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的風(fēng)量通常超過實(shí)際所需風(fēng)量,調(diào)節(jié)風(fēng)量大小以往的做法是調(diào)節(jié)擋風(fēng)板開度來實(shí)現(xiàn)的,此方法實(shí)際上是通過人為增加阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的,浪費(fèi)大量電能,回收這部分電能損耗會(huì)收到很大的節(jié)能效果。利用變頻器的調(diào)速功能,應(yīng)用到風(fēng)機(jī)上能夠節(jié)約大量電能,當(dāng)風(fēng)量減少時(shí)采用變頻調(diào)速方式降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,減少電機(jī)輸入功率,從而降低能耗。
交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源的頻率f成正比（n轉(zhuǎn)速=（1-S轉(zhuǎn)差率）×60×f頻率/p極對(duì)數(shù)）,改變定子供電頻率就改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而改變了電動(dòng)機(jī)的輸入功率。變頻調(diào)速裝置是將電網(wǎng)50Hz的交流電,變成頻率可調(diào)的交流電去驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。其特點(diǎn)是效率高,沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗,調(diào)速的范圍大、精度高、無級(jí)調(diào)速,大量節(jié)約電能,以及其能方便實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)等）間的通訊,使其在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
二、變頻器調(diào)速系統(tǒng)在鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)上的應(yīng)用
我公司#7鍋爐共有4臺(tái)風(fēng)機(jī),安裝了3臺(tái)北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06系列變頻器。本變頻調(diào)速系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。
圖1是引風(fēng)機(jī)變頻器接線形式。原電動(dòng)機(jī)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(jī)。為充分保證系統(tǒng)的可靠性,變頻器同時(shí)加裝了工頻旁路裝置,變頻器異常時(shí)退出運(yùn)行,電機(jī)由變頻切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行。旁路由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成。在變頻運(yùn)行時(shí),QS1和QS2合閘,QS3斷開。工頻運(yùn)行時(shí),QS3合閘,QS1和QS2斷開。QS2和QS3為機(jī)械互鎖不能同時(shí)合閘。
變頻調(diào)速控制系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng),可在DCS系統(tǒng)中對(duì)電動(dòng)機(jī)啟、停、轉(zhuǎn)速調(diào)整控制。裝置還提供報(bào)警指示、故障指示、待機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分?jǐn)嗟缺Ｗo(hù)信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值等必要指示,方便操作人員進(jìn)行操作控制。
安裝后,進(jìn)行了一系列的動(dòng)態(tài)試驗(yàn),如變頻器50Hz滿載運(yùn)行試驗(yàn)、電機(jī)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)臨界振動(dòng)實(shí)驗(yàn)、母線電壓波動(dòng)試驗(yàn)、連續(xù)快速增減負(fù)荷試驗(yàn)等,均達(dá)到要求,設(shè)備運(yùn)行至今一切正常。
三、變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用中體現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)
?。ㄒ唬┕?jié)能效益巨大
改造以前,3臺(tái)風(fēng)機(jī)工頻電流在150A左右,通過改造后,在相同負(fù)荷情況下,風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行下電流在9左右,減少5,節(jié)約36.6%,年節(jié)約能力270（年運(yùn)行天數(shù)）×24（小時(shí)）×（1000+710+450）（電機(jī)總功率）×0.366=512.3萬kWh,考慮裝置自耗電及室內(nèi)冷卻空調(diào)用電8.4萬kWh,總體節(jié)能503.9萬kWh,節(jié)電率達(dá)到36%,節(jié)約金額201.56萬元,經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)顯著,即用不到2年的時(shí)間就可以收回總投資費(fèi)用。
?。ǘ└纳圃O(shè)備啟動(dòng)特性,延長設(shè)備的使用壽命,提高設(shè)備運(yùn)行可靠性
電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)給供電系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)帶來不利影響,故對(duì)于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)一般都要采用軟起動(dòng)方案。以往常用降壓起動(dòng),但在降壓起動(dòng)過程中,因沒有改變電源頻率,過大的轉(zhuǎn)差率的存在,也不可避免地會(huì)出現(xiàn)較大的過電流。對(duì)于重載起動(dòng)的設(shè)備,當(dāng)采用變頻按電壓/頻率比例控制方法軟起動(dòng)的方案,即用變頻器帶動(dòng)電機(jī)從零速開始起動(dòng),逐漸升壓升速,直至達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速,則不會(huì)產(chǎn)生過電流,并且可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩,從而改善啟動(dòng)特性。本變頻調(diào)速系統(tǒng)輸入側(cè)為移相變壓器提供的42整流脈沖,多級(jí)移相疊加整流可以大大改善電網(wǎng)側(cè)的電流波形,使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1,提高了設(shè)備使用率。輸出側(cè)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組,可得到正弦度較好的波形,減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以使輸出電纜很長,電機(jī)不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造,同時(shí)電機(jī)諧波損耗大大減小,消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng),減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。延長了設(shè)備使用壽命,減少故障率,也就提高了運(yùn)行可靠性。
（三）改善工作環(huán)境
工頻運(yùn)行時(shí)利用調(diào)節(jié)擋風(fēng)板來調(diào)節(jié)風(fēng)量,使得風(fēng)通過風(fēng)道時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的噪音,嚴(yán)重惡化了工作環(huán)境,采用變頻調(diào)速后減少了這種噪音,改善了工作環(huán)境。
四、改造中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題
1.在技術(shù)上,要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備,選擇相應(yīng)特性的變頻器。
2.必須考慮變頻器出現(xiàn)故障的情況,故須安裝工頻--變頻運(yùn)行的切換旁路系統(tǒng)。
3.在變頻改造后,要注意風(fēng)機(jī)可能存在扭曲共振現(xiàn)象。如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點(diǎn)、軟連接及機(jī)座加震動(dòng)吸收橡膠等。
4.注意采取必要的對(duì)變頻器、電機(jī)散熱措施。
5.變頻器不能由輸出口反向送電,要求QS2和QS3機(jī)械互鎖。
五、結(jié)束語
近幾年,國內(nèi)的電力電子技術(shù)的發(fā)展迅速,變頻器的各項(xiàng)技術(shù)性能也得到大步提高,變頻器在風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)荷中應(yīng)用越來越多,節(jié)能效果極其顯著。對(duì)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(shí)間。隨著國產(chǎn)變頻器技術(shù)發(fā)展越來越成熟,變頻器的性價(jià)比大大提高,為變頻器在節(jié)能技術(shù)改造方面提供了廣闊的發(fā)展空間。
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