摘要：本文簡要介紹了高壓變頻器原理、現(xiàn)場安裝調(diào)試情況，初步分析了高壓變頻器的節(jié)能效果，對認(rèn)識了解高壓變頻器運行有一定的借鑒作用。
　　關(guān)鍵詞：引風(fēng)機、高壓變頻調(diào)速裝置、控制

概 述
　　國電宣威發(fā)電有限責(zé)任公司地處云南東北部，海拔1960m，現(xiàn)有投產(chǎn)裝機容量4×300MW。#7機組設(shè)計出力為：300MW，機爐配有兩臺AN31e6(u19-10)型靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機，額定風(fēng)量：321.4m3/h、全壓為5452Pa，軸功率：2104kW；配用YKK800-8-W型電動機，額定功率2500kW、額定電壓6kV、額定電流293A、功率因素：0.86、額定轉(zhuǎn)速：746r/min,電動機無調(diào)速裝置，靠改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。
　　發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷根據(jù)電網(wǎng)要求，通常在額定負(fù)荷的50%～100%之間進行調(diào)整、變化，以滿足電網(wǎng)運行的要求；發(fā)電機輸出功率的變化，鍋爐系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負(fù)荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整。鍋爐的送風(fēng)量、引風(fēng)量相應(yīng)變化，引風(fēng)機出力調(diào)整采用通過改變風(fēng)機葉片的角度來調(diào)節(jié)。通過改變風(fēng)機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量盡管比一般采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但是節(jié)流損失仍然很大，特別是在低負(fù)荷運行時，電動機輸出功率大量的能源消耗在擋板上，節(jié)流損失更大。其次靜葉調(diào)節(jié)動作遲緩，造成機組負(fù)荷調(diào)整響應(yīng)遲滯。異步電動機在啟動時啟動電流一般達到電動機額定電流的5-8倍，對電動機、動力電纜造成較大沖擊，對廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定運行也有一定的影響，同時強大的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流，縮短了電動機和風(fēng)機機械的使用壽命。通過大量應(yīng)用表明，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速裝置來改變電機轉(zhuǎn)速，滿足不同負(fù)載的工藝要求，是解決以上矛盾的有效手段。
高壓變頻器調(diào)速節(jié)能原理
2.1 高壓變頻調(diào)速的方法
　　高壓變頻調(diào)速是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調(diào)節(jié)交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)電機學(xué)原理，交流異步電動機轉(zhuǎn)速由下式確定:
　　n=60f(1-S)/p (1)
　　式中:n—電動機轉(zhuǎn)速；
　　f—輸入電源頻率；
　　S—電動機轉(zhuǎn)差率；
　　p—電機極對數(shù)。
　　由公式(1)可知，電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機的極對數(shù)有關(guān)。交流電動機的直接調(diào)速方式主要有：
　　1) 變極調(diào)速(調(diào)整p)
　　2) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速或串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機(調(diào)整S)
　　3) 變頻調(diào)速(調(diào)整f)
　　其中高壓變頻調(diào)速的優(yōu)點最多，得到了廣泛的應(yīng)用。
　　根據(jù)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(或水泵)類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力(揚程)H以及軸功率P具有如下關(guān)系:
　　Q1/ Q2＝n1/n2 (1)
　　H1/ H2＝(n1/n2)2 (2)
　　P1/ P2＝(n1/n2)3 (3)
　　式中：Q1、H1、P1—風(fēng)機(或水泵)在n1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力(或揚程)、軸功率；
　　Q2、H2、P2—風(fēng)機(或水泵)在n2轉(zhuǎn)速時的相似工況條件下的流量、壓力(或揚程)、軸功率。
　　由公式(1)、(2)、(3)可知，風(fēng)機(或水泵)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力(或揚程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動風(fēng)機的電機所需的電功率亦可相應(yīng)降低。
　　從上述分析可見，調(diào)速是風(fēng)機節(jié)能的重要途徑。采用高壓變頻調(diào)速可以實現(xiàn)對引風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動機轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛負(fù)壓、鍋爐氧量等指標(biāo)與引風(fēng)機風(fēng)量維持一定的關(guān)系。
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用情況
3.1 高壓變頻器的組成
　　我公司采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A系列電壓源型全數(shù)字控制高壓變頻器，高-高方式、采用H橋串聯(lián)方案。額定容量:1600KVA、額定電壓:6kV、額定電流:160A。高壓變頻器裝置由變壓器柜、功率柜、控制柜、刀閘切換柜四個部分組成，冷卻方式采用：空水冷卻系統(tǒng)。為單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，其原理如圖1所示。

圖1：單元串聯(lián)多電平高壓變頻器原理框圖

高壓變頻器與現(xiàn)場接口方案
　　 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的高壓變頻器的控制部分由高速單片機、人機界面和PLC共同構(gòu)成。單片機實現(xiàn)PWM控制和功率單元的保護。人機界面提供友好的全中文監(jiān)控界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。內(nèi)置PLC用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的特殊需要。該高壓變頻器使用西門子S7-200系列PLC，具有較好的與DCS系統(tǒng)接口能力，根據(jù)風(fēng)機的特性運行要求以及高壓變頻器控制的具體要求采取了相應(yīng)控制方案。
　　 1）DCS系統(tǒng)與高壓變頻器的接口方案
　　 DCS系統(tǒng)與高壓變頻器之間的信號總共有10個，其中開關(guān)量信號8個，模擬量信號有2個。（以＃1引風(fēng)機為例）

序號	DCS系統(tǒng)編號	性質(zhì)	電氣側(cè)名稱	備注
1	IDAF-R	DI	變頻器運行	畫面指示
2	IDAF-W	DI	變頻器待機	畫面指示
3	IDAF-L	DI	變頻器輕故障	畫面指示
4	IDAF-B	DI	變頻器重故障	畫面指示
5	IDAF-BYS	DI	變頻器工頻控制	畫面指示
6	IDAF-PMT	DI	合閘允許	控制變頻器的允許信號
7	IDAF-1	DO	變頻器啟動	DCS系統(tǒng)提供干接點
8	IDAF-2	DO	變頻器減速停機	DCS系統(tǒng)提供干接點
9	IDAF-4	AO	變頻器控制頻率指令	DCS系統(tǒng)提供24V電源
10	IDAF-5	AI	變頻器頻率信號反饋	變頻器提供24V電源

.高壓變頻器運行方式及控制邏輯
　　引風(fēng)機高壓變頻器電氣一次系統(tǒng)接線方式采用“一拖一”手動切換方式（虛線部分為新增加部分），如圖2：

圖2：引風(fēng)機變頻器一次接線圖

　　高壓變頻器可根據(jù)運行方式需要，進行運行方式的切換，如：一臺變頻一臺工頻的運行方式和兩臺工頻的運行方式。缺點是在進行高壓變頻器運行方式切換時，需要將機組負(fù)荷進行調(diào)整，降低負(fù)荷后，停止＃1（或＃2）引風(fēng)機運行，方可進行引風(fēng)機運行方式的切換操作。正常情況下，2臺引風(fēng)機投入高壓變頻調(diào)速運行方式。
　　高壓變頻器運行方式控制分為就地控制及遠程控制兩種。遠程控制狀態(tài)時，DCS輸出的轉(zhuǎn)速命令信號跟蹤高壓變頻器轉(zhuǎn)速反饋。就地控制時，對高壓變頻器遠方操作無效。
　　 高壓變頻器受DCS控制時分自動和手動兩種方式。手動狀態(tài)時，運行人員通過改變DCS操作畫面轉(zhuǎn)速控制塊控制高壓變頻器轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)鍋爐負(fù)壓的調(diào)節(jié)。
1）引風(fēng)機高壓變頻器啟動的允許條件
　　高壓變頻器啟動的前提為引風(fēng)機電機6kV高壓開關(guān)必須合閘即啟動反饋為1。原有的風(fēng)機啟動條件保留下來作為引風(fēng)機高壓變頻器啟動的允許條件。高壓變頻器就地送來的就緒信號作為另一啟動條件。
　　在高壓變頻器調(diào)試過程中（不論遠程還是就地啟動時），發(fā)現(xiàn)由于高壓變頻器最低頻率設(shè)定不得低于15Hz，否則將造成高壓變頻器功率模塊“過流”，高壓變頻器跳閘；所以在電動機啟動時，高壓變頻器最低頻率設(shè)定不得低于15Hz的限制。
總結(jié)＃1、2引風(fēng)機高壓變頻器啟動必須具備以下3個條件：
　　1) ＃1、2引風(fēng)機的6kV高壓側(cè)部分的啟動反饋為1；
　　2) ＃1、2引風(fēng)機的高壓變頻器就地從其PLC送來的啟動就緒開關(guān)為1；
　　3) ＃1、2引風(fēng)機高壓變頻器的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的輸出不得小于30%。
引風(fēng)機高壓變頻涉及相關(guān)跳閘保護方面
　　單側(cè)風(fēng)機的高壓變頻器跳閘后，需要聯(lián)跳相應(yīng)一側(cè)的送風(fēng)機。并聯(lián)關(guān)相應(yīng)擋板及靜葉的邏輯不變。
　?。?、2風(fēng)機的高壓變頻跳閘后由于相應(yīng)的高壓開關(guān)聯(lián)跳，故保留原鍋爐大連鎖跳閘回路不變。
　　鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證，雖然高壓變頻調(diào)速裝置可靠，但一旦出現(xiàn)問題，必須確保鍋爐安全運行，所以必須實現(xiàn)“工頻—變頻”運行的切換。一旦一臺引風(fēng)變頻故障，無法在短時間內(nèi)恢復(fù)，需要引風(fēng)自動控制到原先的靜葉來調(diào)整，在此背景和需要下，對一臺引風(fēng)變頻停掉，用另一臺引風(fēng)變頻運行；此時機爐負(fù)荷應(yīng)保持在：180MW左右。
經(jīng)濟綜合測試評價
4.1節(jié)能效益明顯
　　以下是＃7機組＃1、2引風(fēng)機高壓變頻器運行后，對10月16日至20日生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行初步比較。

時間 （2005年10月）	機爐 負(fù)荷 （平均MW）	變頻運行		工頻運行		變頻器投入前、后比較（％）
		＃1引風(fēng)機	＃2引風(fēng)機	＃1引風(fēng)機	＃2引風(fēng)機
		耗電量（kW·h）	耗電量（kW·h）	耗電量（kW·h）	耗電量（kW·h）
20	20.35	10332	11340	19908	19656	45.2
21	20.32	10836	11592	19908	19656	43.3
22	22.02	13104	13608	22428	21924	39.7
23	20.32	10080	10584	19908	19656	47.7
年平均						43.9

　　通過上表數(shù)據(jù)對比，從節(jié)電率分析，＃7機組在發(fā)電負(fù)荷相同情況時，＃7機組兩臺引風(fēng)機工頻運行每天平均耗電量40761 kW?h，＃7機組兩臺引風(fēng)機變頻運行每天平均耗電量 22869kW?h，節(jié)約電量17892kW?h，節(jié)電率為43.8%。
4.2 節(jié)能計算
　　兩臺引風(fēng)機節(jié)電費用，按全年運行7200小時的日負(fù)荷分布統(tǒng)計，使用兩臺高壓變頻調(diào)速引風(fēng)機，與以往的靜葉調(diào)節(jié)相比較，經(jīng)計算，全年可以節(jié)省5367600kW?h。按發(fā)電成本電價0.2553元/kW?h計算，5367600kW?h×0.2553元/kW?h=1370348.28元。
存在的問題
　　＃7、8爐引風(fēng)機高壓變頻器投入運行，從現(xiàn)場情況分析，由于高壓變頻器與電動機之間的配置存在一些問題（高壓變頻器按照電機運行電流選型，造成高壓變頻器容量不足，導(dǎo)致高壓變頻器最高頻率限制為42Hz），影響電機的出力，在機爐額定負(fù)荷下調(diào)節(jié)裕量不足。目前，引風(fēng)機變頻狀態(tài)運行，機爐負(fù)荷只能運行在250MW左右。機爐滿負(fù)荷運行在300MW時，高壓變頻器節(jié)能效果并不明顯。
結(jié)束語
　　 隨著廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)日趨激烈，各發(fā)電企業(yè)競爭日趨白日化，努力提高發(fā)電設(shè)備的健康水平，滿足系統(tǒng)要求；加強管理，進一步挖潛節(jié)能潛力，建立節(jié)能型企業(yè)，提高發(fā)電企業(yè)競價上網(wǎng)的競爭能力，是發(fā)電廠發(fā)展的方向；采用高壓變頻技術(shù)對高能耗用電設(shè)備進行技術(shù)改造，不僅能直接收到降低廠用電、降低供電煤耗、增加上網(wǎng)電量帶來的直接經(jīng)濟效益，而且對設(shè)備的安全、可靠運行，減少設(shè)備故障等都起到了積極的作用。