高壓變頻器在燃氣熱力公司的應用

趙 輝

（萊蕪市燃氣熱力有限責任公司，山東 萊蕪 271100）

目前，在我國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不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，在一些工業領域中不斷通過器件串聯或單元串聯得到了很好的解決，受到諸多企業的歡迎。

據筆者的不完全統計，在電力、市政供水、冶金、化工等行業廣泛應用的泵類負載，占整個用電設備能耗的40%左右，而電費在自來水廠甚至占制水成本的50%。其中原因有以下幾個方面：第一方面，設備在設計時通常都留有一定的余量；第二方面，由于工況的變化，需要泵機輸出不同的流量。

但從我國目前實際應用來看，它的使用有的節能高達30%-40%，大幅度降低了自來水廠的制水成本。

1 高壓變頻器的原理、特點及組成

總的來說，高壓變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另外一種頻率的電能控制裝置。它具有運行穩定、調速范圍廣、輸出波形正弦好、輸入電流功率因數高、效率高等特點，對電網諧波污染小的諸多特點。筆者經過多年的工作經驗得知，有的高壓變頻器功率因數高，不必采用功率因數補償裝置，輸出波形好，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。高壓變頻器的組成具體如下所示。

另外，高壓變頻器的輸入側移相變壓器它是給每個單元供電，每個功率單元都承受電機電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。30個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實現多重化，降低輸入電流的諧波成分。

它的輸出側結構是由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組。它可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

2 項目改造

2.1 項目介紹。我省某公司擁有設備為630kW/10kV和400KW/10KV主鍋爐風機兩臺，電機啟動方式采用水電阻啟動。根據公司的要求和規定工藝要求的風量要根據進料量進行調節。另外根據產量高低，風門開度僅控制在30～35%左右。

2.2 變頻器選型。根據筆者的實踐來看，在一般情況下易驅變頻器容量應不小于電動機容量。但現實生產工作中，根據實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，我們選擇電機分別為10kV/630kW和10kV/400kV，滿足50Hz時滿負荷運行要求，我們為其配備了容量為710KVA和500kVA的變頻器以滿足各種工況下不同轉速調節的要求。

在這個選型中的變頻調速系統它的構成包括，用戶開關、手動旁路柜、FRHV5000系列高壓變頻器、高壓電機組成。這其中手動旁路柜是由三個真空高壓隔離開關QS1、QS2、QS3組成。電機以變頻方式運行時， QS1、QS2閉合，QS3斷開；電機以工頻方式運行時，QS3閉合，QS1、QS2斷開。變頻與工頻之間切換手動完成。手動旁路柜嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻輸出開關QS2和工頻開關QS3互鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。

在設計具體系統方案時，我們務必遵循“最小改動，最大可靠性，最優經濟性”原則，考慮到變頻器退出運行后，為了不影響生產，確保系統正常工作，配置工頻旁路，當變頻器出現故障時，將電機投切到工頻下運行。

3 高壓變頻器的主回路設計案例

一燃氣熱力公司有1#循環泵與1#鍋爐引風機高壓變頻器，采用的是一拖一自動旁路控制方案。其中一臺變頻器拖動一臺電機，當變頻器出現故障時可以自動切換到工頻運行；并且，變頻器旁路部分具有互鎖功能，確保電機不出現變頻、工頻同時驅動。其一次電路如下圖所示。

根據上圖所示的我們分析來看，DCS系統輸出 4～20mA電流信號控制JD-BP38高壓變頻調速系統的運行頻率，來控制電機的運行轉速。JD-BP38高壓變頻調速系統反饋4～20mA電流信號指示JD-BP38高壓變頻調速系統的輸出頻率、輸出電流。JD-BP38高壓變頻調速系統同時接收DCS控制系統的啟動、停止、急停、復位控制信號，調整運行狀態。

筆者認為，當JD-BP38高壓變頻調速系統故障時，系統輸出故障停機和報警信息，用于提示用戶啟動故障處理措施，同時JD-BP38高壓變頻調速系統將信號發送給DCS，在DCS系統上顯示故障，以便于及時的排除故障。如果系統出現緊急情況，DCS監視人員立即點擊變頻器緊急停止按鈕，此時變頻器立即封鎖輸出，并及時跳開現場10kV小車開關。

4 案例總結

筆者認為，隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，高壓變頻器的廣泛應用已成為發展趨勢。它是當今節約電能，改善生產工藝流程，提高產品質量，以及改善運行環境的一種主要手段。

經過案例的實際應用，高壓變頻器以其高效率，高功率因數，以及優異的調速和啟制動性能等諸多優點而被國內外公認為最有發展前途的一種工具。近年來，逐步發展起來的一些新型器件將改變這一現狀，如IGBT、IGCT、SGCT等。由它們構成的高壓變頻器，性能優異，可以實現PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數也有很大程度的提高。

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[2]周淑彥.變頻器在典型負載上的應用[J];辦公自動化，2008年（8）

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