1、引言

　　隨著(zhù)現代化企業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，效益最大化是企業(yè)永恒的主題。利用高新技術(shù)來(lái)提高企業(yè)生產(chǎn)裝置的管理水平和節能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓 變頻節能技術(shù)隨著(zhù)國內一些生產(chǎn)廠(chǎng)家研制水平的不斷提高已接近甚至超過(guò)世界同行的先進(jìn)水平，并以產(chǎn)品性能穩定、價(jià)格適宜、售后服務(wù)及時(shí)等優(yōu)勢深受?chē)鴥绕髽I(yè)廣 泛接受和應用。

　　泰達熱電公司五號熱源廠(chǎng)為三臺75T/H的硫化床鍋爐，采用單引風(fēng)、一次送風(fēng)、二次送風(fēng)的形式。風(fēng)機型號分別為 JLY75—15N025D左45°、JLG75—12N016D右90°、JLG75—22AN014D右90° 配置功率分別為560KW、315KW、250KW 電壓為10KV的三相交流異步電動(dòng)機，風(fēng)門(mén)采用進(jìn)風(fēng)口擋板調節。這種配置的缺點(diǎn)是擋板兩側風(fēng)壓差造成節流損失，同時(shí)風(fēng)機擋板執行機構為大力矩電機執行器易 出故障 ，風(fēng)機自動(dòng)率較低。為此我們對引風(fēng)量的調節、一次風(fēng)量的調節、二次風(fēng)量的調節在全國首家大膽采用了10KV高—高變頻調速技術(shù)。以1#爐為例我們分別選擇 了DFCVERT—MV—710/10B、DFCVERT—MV—450/10B、DFCVERT—MV—355/10B變頻器以達到節能降耗及提高自動(dòng)化水平。目前經(jīng)過(guò)對1#爐變頻器的調試運行驗證收到了預期效果，安裝工藝、操作控制都有了突破性進(jìn)展。

2、采用變頻調速節能的基本原理

　　一般電氣拖動(dòng)設 備設計上考慮有短時(shí)過(guò)載運行的情況，在電動(dòng)機的功率配置上往往要大于負載最大功率的10%左右甚至更大一些，電動(dòng)機選小了大負載運行時(shí)電機發(fā)熱導致絕緣過(guò) 早老化影響電機使用壽命，電機選大了勵磁電流增大，無(wú)功損耗大功率因數低而且不經(jīng)濟，另外電動(dòng)拖動(dòng)設備不是長(cháng)期工作在滿(mǎn)負荷狀態(tài)，而是長(cháng)期工作在經(jīng)濟負荷 狀態(tài)，即額定值得85%左右，這樣剩余功率和冗余功率就是一種浪費而采用變頻技術(shù)正是解決這一問(wèn)題的最好辦法。它可以做到自動(dòng)負荷匹配，在任何工況下電動(dòng) 機和負荷都可以實(shí)現最佳的負荷匹配。

　　利用變頻器作為風(fēng)量的調節最直接的效益就是節能降耗。采用變頻調速的主要特點(diǎn)是消除或減少檔板的節流損失，可自動(dòng)調節轉速與負荷匹配從而達到最佳的節 能目的。一般情況下生產(chǎn)設備的節能可以通過(guò)兩種手段實(shí)現一是減少運行時(shí)間，二是在滿(mǎn)足運行工況的前提下削減輸入功率，顯然第一種方法不適合連續運行的鍋爐 風(fēng)機，那么利用變頻調速可以削減輸入功率正適合不需要恒轉矩的風(fēng)機、水泵類(lèi)的設備。下面就節能原理作一介紹。

　　2.1、風(fēng)機節能的基本原理

　　風(fēng)機典型的風(fēng)量——壓力特性曲線(xiàn)如圖2.1所示。

　　

　　圖2.1風(fēng)機的風(fēng)量—壓力特性

　　通常調節風(fēng)量的方法有兩種：

　?。?）、控制輸出或輸入的風(fēng)門(mén)。

　?。?）、控制旋轉速度。

　　圖2.2（a）為采用第一種方法時(shí)的特性 ，管路的節流阻力改變時(shí)，可以得到所需的送風(fēng)特性。圖2.2（b）為調速情況下風(fēng)機的運行特性圖中（pu）均采用標么值。

　　

　　圖2.2（a）風(fēng)門(mén)調速時(shí)的特性 （b）調速控制時(shí)的特性 r： 管路阻抗R+節流阻抗

　　采用調速方法節能的原理是基于風(fēng)量、壓力、轉速、轉矩之間的關(guān)系這些關(guān)系是

　　Q ∝ n

　　p ∝ T ∝ n2

　　P ∝ Tn ∝ n3

　　式中Q——風(fēng)量 p——壓力 n——轉速 T——轉矩 P——軸功率

 

　風(fēng)機的風(fēng)量與轉速的1次方成正比，壓力與轉速的2次方成正比，而軸功率與轉速的3次方成正比，即能耗與轉速成立方關(guān)系如電機在80%額定轉速時(shí)，其功耗即可降至（0.8）3≈50%

　　軸功率的實(shí)際值（KW）由下式給出

　　

　　式中 Q——風(fēng)量

　　p——壓力（n3/s）

　　ηb——風(fēng)扇或風(fēng)機的效率

　　ηc——傳動(dòng)裝置效率，直接傳動(dòng)時(shí)為1

　　圖2.3所示為采用不同的調節方法時(shí)電動(dòng)機輸入功率（既風(fēng)機軸功率）與風(fēng)量的關(guān)系曲線(xiàn)。

　　

　　圖2.3風(fēng)機各種風(fēng)量調節時(shí)的輸入功率比較

　　1—輸出端風(fēng)門(mén)控制時(shí)的電動(dòng)機輸入功率2—輸入端風(fēng)門(mén)控制的電動(dòng)機輸入功率3—轉差功率調速（滑差電動(dòng)機、液力耦合器）時(shí)電動(dòng)機的輸入功率4—變頻器調速控制時(shí)的電動(dòng)機輸入功率5—理想輸入功率

　　采用不同的調節方法電動(dòng)機的輸入功率（既電源應提供的功率）也不同圖中比較了輸出端風(fēng)門(mén)控制、輸入端風(fēng)門(mén)控制、電磁轉差調速及液力耦合控制、和采用變頻調速控制的電動(dòng)機的輸入功率（既電源提供的功率）與風(fēng)量之間的相互關(guān)系。

　　圖2.4表示輸入端風(fēng)門(mén)控制、電磁轉差或液力耦合調速控制以及變頻調速控制方法下將風(fēng)量調到0.5（Pu）時(shí)的節電情況。

　　

　　圖2.4風(fēng)量為50%時(shí)節約的電能

　　圖中劃斜線(xiàn)部分的面積表示風(fēng)量調到0.5（Pu）時(shí)的節電量。變頻調速的情況下所需電源功率僅為全風(fēng)量的12.5%當然這是理想情況下得到的結果。

　　2.2、我廠(chǎng)1#爐三臺風(fēng)機的節能估算

　　由于在相同條件下風(fēng)壓和流量的大小與電機電流的大小成正比所以這里只用工頻運行檔板調節時(shí)的電機電流和變頻調節時(shí)變頻器的輸入電流作一比較從而說(shuō)明節電效果。

　　在蒸汽流量為48T/H時(shí)各自的電源側電流見(jiàn)表一

　　

　　以下公式可估算出節電的結果

　　

　　圖3.1功率單元電路結構

　　根據表二可得出1#爐每小時(shí)可節能421.2度電

　　以上只是利用電流的變化做一比較，在實(shí)際運用中各種運行工況的不同節能效果也不一樣。所以實(shí)際節能要比估算的結果有一定的出入，但從結果上看節能還是非常顯著(zhù)的。

3、高壓變頻裝置的基本原理

　　3.1、功率單元的基本結構

　　DFCVERT—MV變頻器的功率單元是以交—直—交的形式組成的，它是先把工頻交流電通過(guò)整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的PWM波交流電。它由三部分組成既整流器、逆變器和中間環(huán)節如圖3.1所示：

　　

　　圖3.2逆變器原理

 

3.2、逆變器的基本原理

　　交—直—交變頻器的交——直變換一般采用二極管來(lái)實(shí)現。而把直流變?yōu)樗枰l率的交流電時(shí)一般采用逆變的方法來(lái)實(shí)現，所以也叫逆變器。由圖3.2簡(jiǎn)單地說(shuō)明了逆變器的工做原理

　　

　　圖3.3（a）電壓疊加原理圖

　　當兩組開(kāi)關(guān)K1、K1’和K2、K2’輪流切換時(shí)，負載R上便得到了交變電壓uR。如果這兩組開(kāi)關(guān)利用四只電子開(kāi)關(guān)器件來(lái)代替并輪流導通與關(guān)斷就實(shí)現了由四只電子開(kāi)關(guān)器件控制的直流——交流逆變。

　　3.3單元串聯(lián)多電平變頻器原理

　　單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現直接高壓輸出。該變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數高，輸 出波形好，不存在由諧波引起的電動(dòng)機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪聲、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。取名為完美無(wú)諧波變頻器。

　　單元串聯(lián)多電平變頻器采用若干個(gè)獨立的低壓功率單元串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現高壓輸出其原理如圖3.3所示

　　

　　圖3.3（b）主電路系統結構圖

　　

　　供率單元與主控系統之間通過(guò)光纖進(jìn)行通訊，以解決強弱電之間的隔離和干擾問(wèn)題。功率單元采用模塊化結構，所有的功率單元可以互換，維修也比較方便每個(gè) 單元只有三個(gè)輸入、兩個(gè)輸出電源連接和一個(gè)光釬插頭與系統連接，所以功率單元的更換十分方便。1#爐變頻器還采用了冗余功率單元設計方案及功率單元自動(dòng)旁 路技術(shù)即使在功率單元損壞的前提下還能滿(mǎn)載運行。

4、DCS控制系統及工頻旁通

　　變頻器的調速控制系統可由遠程/本地控制，遠程時(shí)操作人員通過(guò)DCS系統在CRT上利用變頻器調節技術(shù)無(wú)疑要在原有的回路中加裝一套變頻調節設備，這將增加一個(gè)設備故障點(diǎn)，影響機爐系統的安全運行，

　　為了充分保證系統的可靠性為變頻器加裝了工頻旁路裝置，當變頻器故障時(shí)變頻器停止運行電機可以直接手動(dòng)切換到工頻運行同時(shí)不會(huì )影響對變頻器的檢修如圖4.1所示。

　　

5、結束語(yǔ)

　　我廠(chǎng)1#爐變頻器自2003年安裝調試，2004年3月正式投入運行。在調試及運行中變頻器經(jīng)歷了多種方式的考驗，突破了變頻器與相關(guān)設備相匹配的各種難點(diǎn)實(shí)踐證明高壓變頻裝置節能效果明顯，實(shí)現了電機的軟啟動(dòng)，也減少了風(fēng)道的震動(dòng)與磨損?？傊瓺FCVERT—MV型變頻器在1#爐風(fēng)機系統中應用是很成功的。隨著(zhù)變頻技術(shù)的發(fā)展作為大容量傳動(dòng)的高壓變頻調速技術(shù)也得到了廣泛的應用，在電力行業(yè)對于許多高壓大功率的輔機設備推廣和采用變頻技術(shù)不僅可以取得相當顯著(zhù)的節能效果，而且也得到了國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后更多行業(yè)節能技術(shù)的方向。目前很多行業(yè)越來(lái)越多的人員對此都形成廣泛的共識。

的模擬器對DCS的輸出值進(jìn)行調節，此輸出值為反饋給變頻器的4 ——20MA標準信號，對應不同的頻率給定值，變頻器通過(guò)DCS的給定調節電動(dòng)機的轉速實(shí)現對風(fēng)機轉速控制從而達到調節風(fēng)量的目的。