摘 要：本文介紹了高壓變頻器在循環(huán)流化床引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)調(diào)速方面的應(yīng)用，與傳統(tǒng)檔板調(diào)節(jié)進(jìn)行比較。藍(lán)天鹽化廠在使用高壓變頻器調(diào)速后，節(jié)能效果明顯，大大降低了能源的消耗。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 電動機(jī)軟起動 節(jié)能 湖北藍(lán)天鹽化有限公司為云夢縣龍頭企業(yè)之一，是一家大型鹽化工生產(chǎn)企業(yè)。我公司在2005年度的鍋爐技改工程中，對75t/h循環(huán)流化床鍋爐的引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的高壓電機(jī)，均進(jìn)行了高壓變頻技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)將改進(jìn)情況作簡單介紹。
一、基本情況
我廠75t/h循環(huán)流化床鍋爐的引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)、風(fēng)壓調(diào)節(jié)，原來采用的是傳統(tǒng)做法，即風(fēng)機(jī)以定速方式運行，由擋板調(diào)節(jié)。其主要弊端主要表現(xiàn)為：
1、調(diào)節(jié)擋板前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加；
2、風(fēng)機(jī)定速運行，擋板調(diào)整節(jié)流損失大，出口壓力高，系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費；
3、風(fēng)道壓力過高，威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能；
4、長期的40－70％開度，加速擋板自身磨損，導(dǎo)致?lián)醢蹇刂铺匦宰儾睿?BR> 5、設(shè)備使用壽命短，日常維護(hù)量大，維修成本高，造成各種資源的浪費；
6、設(shè)備起動沖擊電流大，需增加配電設(shè)備容量而增加投資；
7、與DCS不能直接配合，難于實現(xiàn)自動化操作。
為了解決上述問題，我們經(jīng)過了大量的技術(shù)論證，決定用高壓變頻器替代傳統(tǒng)的擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)壓的方法。經(jīng)過多次考察、反復(fù)研究討論，我們采用了三臺北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器，其型號為：HARSVERT-A06/040（315kW）、HARSVERT-A06/050（355kW）、HARSVERT-A06/030（250kW）。
二、HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)方案
（一）工作原理
圖1高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2功率單元電路結(jié)構(gòu)
變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6kV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，整套系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有21個功率單元，每7個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。
輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成42脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(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。另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規(guī)低壓變頻器。
圖3單元輸出的PWM波形
圖4變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形
輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
當(dāng)某一個單元出現(xiàn)故障時，可將此單元模塊旁路退出系統(tǒng)而不影響其他單元的運行，變頻器可持續(xù)降額運行，如此可減少很多場合下停機(jī)造成的損失，避免了由于一個大功率高壓開關(guān)器件的故障而導(dǎo)致整機(jī)故障、停機(jī)的產(chǎn)生，從而保證了變頻器的可靠性。利德華福的產(chǎn)品最多可允許2-3個單元模塊的旁路。
（二）技術(shù)方案
我廠此次采用一拖一自動旁路方案，其一次電路如圖5所示。
圖5旁路系統(tǒng)方案
系統(tǒng)由3個高壓真空接觸器和2個高壓隔離開關(guān)組成。其中KM3、KM2不能同時閉合。電機(jī)變頻運行時，KM1、QS1、QS2、KM2閉合，KM3斷開。要求做到：
1、可以實現(xiàn)變頻自動切換功能。
2、旁路柜柜門上應(yīng)有手動和自動分、合真空接觸器轉(zhuǎn)換開關(guān)。
變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，系統(tǒng)能夠根據(jù)需要自動轉(zhuǎn)入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻調(diào)速系統(tǒng)，而負(fù)載不用停機(jī)，滿足現(xiàn)場不能停機(jī)要求。
這三臺高壓變頻器經(jīng)工程技術(shù)人員技術(shù)改進(jìn)，最大限度地滿足了安全可靠的工藝調(diào)速要求，其產(chǎn)品主要特點如下：
1、對電網(wǎng)波動的適應(yīng)能力增強(qiáng)。針對生產(chǎn)負(fù)荷波動大的工況，變頻器進(jìn)行了特殊設(shè)計，大幅度提高了其抗電網(wǎng)波動能力，做到電壓波動在±15％以內(nèi)時，變頻器可以維持滿額輸出；電網(wǎng)電壓降落在－15％～35％以內(nèi)時，變頻器都短時降額運行，不進(jìn)行欠壓保護(hù)，等電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，變頻器自動恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，大大減少了電壓跌落造成的停機(jī)現(xiàn)象。
2、多種及多路控制電源供電。變頻器的控制電源不存在和主電源相位關(guān)系的要求，在現(xiàn)場提供的控制電源失電時，變頻器利用自身配備的UPS為控制系統(tǒng)供電，變頻器可以持續(xù)運行，做到控制電源丟失時（比如維修人員誤拉低壓電、開關(guān)跳閘、熔絲熔斷等），仍然保證輔機(jī)設(shè)備的運行。另外還配備雙路控制電源切換功能，能夠接受現(xiàn)場的直流操作電源。相對交流電源而言，直流電源由于有蓄電池供電，有更高的可靠性。
3、來電自啟動功能。為避免電網(wǎng)短時失電對生產(chǎn)造成影響，該變頻器具備來電自啟動功能。當(dāng)電網(wǎng)電壓消失后，變頻器緊急停機(jī)，如果在20秒內(nèi)電源恢復(fù)，變頻器會進(jìn)行自動啟動，恢復(fù)停機(jī)前的運行狀態(tài)。
4、采用新型IGBT功率器件，全數(shù)字化微機(jī)控制。
5、無須功率因素補償，能在20～100%的負(fù)荷變化情況內(nèi)達(dá)到或超過0.95的功率因素。
6、無需濾波器，變頻器就可輸出正弦電流或電壓波形，對電機(jī)無特殊要求。
7、具有軟啟動功能。沒有電機(jī)啟動沖擊引起的電網(wǎng)電壓下跌，可確保電機(jī)安全、長期運行。
8、控制系統(tǒng)采用全數(shù)字微機(jī)控制，有很強(qiáng)的自診斷功能，能對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠(yuǎn)方報警，便于運行人員和檢修人員能辨別和解決所出現(xiàn)的問題。
9、具有就地監(jiān)控方式和遠(yuǎn)方DCS監(jiān)控方式。
三、應(yīng)用效果
從三臺風(fēng)機(jī)采用高壓變頻器后的實際運行情況看，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足使用要求，工作性能穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。下面是電機(jī)改造前工頻運行與變頻改造后變頻運行的對比。 表一：電機(jī)改造前工頻運行情況
表二：變頻改造后變頻運行情況
注：按季度運行時間為 T= 2160小時，按電價：0.4元/度計算。
從上表看出，藍(lán)天鹽化廠在鍋爐風(fēng)機(jī)上應(yīng)用高壓變頻技術(shù)后，節(jié)能效果十分顯著，一年便收回了投資。概括起來其主要應(yīng)用效果如下：
1、變頻起動對電網(wǎng)沒有任何沖擊。由于變頻器改造后風(fēng)機(jī)可以實現(xiàn)變頻軟起動，避免了起動電流的沖擊，不僅對電網(wǎng)沒有任何沖擊，而且還可以隨時起動或停止；
2、按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免浪費。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量不再需要由風(fēng)門來調(diào)節(jié)，而是由變頻器通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)范圍可以從0%—100%；因而可以根據(jù)生產(chǎn)需要隨意調(diào)節(jié)風(fēng)量，減少了不必要的浪費；
3、變頻節(jié)能運行，節(jié)約了大量能源。由于變頻改造后不再使風(fēng)機(jī)一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，節(jié)能率高達(dá)63%以上；
4、降低風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度，延長使用壽命。進(jìn)行變頻改造后，風(fēng)機(jī)的大部分工作時間都在較低的速度下運行，因而大大降低了風(fēng)機(jī)工作的機(jī)械強(qiáng)度和電氣沖擊，將會大大延長風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低維修強(qiáng)度；
5、可使電動機(jī)與風(fēng)機(jī)直接相連接，減少傳動環(huán)節(jié)的費用；
6、電機(jī)和風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)速度下降，潤滑條件改善，傳動裝置的故障下降；
7、系統(tǒng)壓力降低，對管道的壓力和密封等條件緩解，延長使用壽命；
8、系統(tǒng)完善的監(jiān)控性能和高可靠性提高了工作效率，減少了檢修和維護(hù)的工作量。
四、結(jié)束語
由利德華福生產(chǎn)的HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在我廠風(fēng)機(jī)上的使用非常成功。變頻裝置安裝方便，只需在原斷路器與電機(jī)之間串聯(lián)變頻裝置即可，無需對負(fù)載和電機(jī)做任何改動；正常運行后，可靠性高，基本上無維護(hù)量。在一年多的運行過程中，性能穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，為我廠的正常生產(chǎn)做出了巨大的貢獻(xiàn)。
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