淺談熱電廠高壓變頻器改造應(yīng)用與節(jié)能

摘 要：構(gòu)近年來(lái)，我國(guó)年工業(yè)生產(chǎn)總值不斷提高，生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，生產(chǎn)成本高低決定了企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)了，但是能耗比卻居高不下，高能耗比已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，其中電耗是其中一個(gè)重要因素，為此國(guó)家投入大量資金支持節(jié)能降耗，其中高壓變頻調(diào)速技術(shù)已越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)，它不僅可以改善工藝，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高工作效率等，最重要的是它可以“節(jié)能降耗”，現(xiàn)就河北通順生物質(zhì)科技有限公司高壓電機(jī)變頻器節(jié)能改造作簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：高壓變頻器；選擇；性能；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）35-0113-02

河北通順生物質(zhì)科技有限公司高壓系統(tǒng)為10 kV單母線分段系統(tǒng)，低壓為380 220 V根據(jù)按爐分段設(shè)計(jì)，為了降低生產(chǎn)成本，降低能耗，適應(yīng)我國(guó)關(guān)于能源節(jié)約與資源綜合利用“十五”規(guī)劃的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，對(duì)我廠高壓風(fēng)機(jī)四臺(tái)及高壓給水泵一臺(tái)加裝高壓變頻器。

1 變頻器原理

把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電，這種裝置就為變頻器。根據(jù)電壓等級(jí)可分為高壓變頻器和低壓變頻器，功率模塊工作方式可分為交-交和交-直-交兩種，大多為交-直-交工作方式。

2 對(duì)變頻器的選擇

在大多數(shù)情況下變頻器容量的大于小主要取決于電動(dòng)機(jī)容量，容量一般與電機(jī)容量相同，但在實(shí)際中要根據(jù)實(shí)際工況選擇，這樣既可以滿足生產(chǎn)要求同時(shí)節(jié)約投資成本（變頻器價(jià)格與電壓等級(jí)容量成正比）。如果選擇電壓等級(jí)高的會(huì)是成本高，回收期長(zhǎng)，而且對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣要求也要提高，相對(duì)價(jià)格也增長(zhǎng)。對(duì)變頻器要求：能實(shí)現(xiàn)0～50 Hz無(wú)極連續(xù)調(diào)速，能實(shí)現(xiàn)各種所需數(shù)據(jù)在線監(jiān)控，能與北京和利時(shí)dcs相通訊，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和就地控制。由于我廠風(fēng)機(jī)及給水泵的重要性，變頻器拖動(dòng)方式為一拖一，而且必須有工頻旁路，能手動(dòng)自動(dòng)切換和變頻器故障情況下實(shí)現(xiàn)旁路自動(dòng)切換并報(bào)警提醒運(yùn)行人員，加裝之后必須符合對(duì)電網(wǎng)諧波污染要求，對(duì)風(fēng)量調(diào)整裕度要足夠大，各種保護(hù)功能齊全，由于高壓變頻器產(chǎn)品較多，而且有不同的調(diào)節(jié)類型，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格高但相比國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品其性能較好，結(jié)合投資成本及我廠運(yùn)行工況現(xiàn)有設(shè)備參數(shù)，決定采用北京利德華福技術(shù)有限公司產(chǎn)品，系統(tǒng)主要功能（主電源掉電時(shí)，3 s內(nèi)部停機(jī)，滿足快切要求，如果電源在3 s內(nèi)恢復(fù)正常，則恢復(fù)掉電前運(yùn)行頻率，如果電源在3 s內(nèi)沒(méi)有恢復(fù)則變頻停止并輸出跳閘脈沖信號(hào)斷開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)，內(nèi)部配有ups，如果控制電源消失可持續(xù)運(yùn)行40 min，配置單元旁路功能，局部故障時(shí)不停機(jī)，工頻變頻相互切換，在變頻器故障退出運(yùn)行或檢修維護(hù)時(shí)，讓電機(jī)直接工頻運(yùn)行，不影響正常生產(chǎn)。通過(guò)內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)信號(hào)掉線按原來(lái)轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，保持變頻器輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。通過(guò)程序在啟動(dòng)變頻器時(shí)，控制器自動(dòng)查找電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑啟動(dòng)。控制盤面配有急停按鈕故障下緊急停機(jī)并實(shí)現(xiàn)自鎖功能。啟動(dòng)方式分為正常啟動(dòng)和軟啟動(dòng)，運(yùn)行方式分為閉環(huán)運(yùn)行及閉環(huán)運(yùn)行。頻率給定可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)給定及模擬給定，且具有柜門聯(lián)鎖功能，如果運(yùn)行當(dāng)中允許打開(kāi)則報(bào)警，反之，則系統(tǒng)調(diào)高壓開(kāi)關(guān)緊急停機(jī)。）

3 變頻器的控制和頻率調(diào)整

通過(guò)裝置柜門遠(yuǎn)方/就地開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方和就地控制，變頻器與我廠北京和利時(shí)dcs連接，分別在一號(hào)引風(fēng)機(jī)一號(hào)送風(fēng)機(jī)二號(hào)引風(fēng)機(jī)二號(hào)送風(fēng)機(jī)及二號(hào)給水泵后臺(tái)控制畫(huà)面中增加變頻器畫(huà)面，與變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，使運(yùn)行人員通過(guò)dcs畫(huà)面對(duì)變頻器的工作電流，運(yùn)行狀態(tài)及故障信息進(jìn)行監(jiān)控，采用開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式，通過(guò)dcs單元輸入40～20 mA電流到變頻控制端子，實(shí)現(xiàn)調(diào)整輸出電源頻率，與加裝前主要區(qū)別為由變閥調(diào)整變?yōu)樽冾l調(diào)整即由原來(lái)的調(diào)整風(fēng)機(jī)擋板或閥門開(kāi)度改為調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

需要特別注意的是：變頻器加上控制電源自檢正常后發(fā)出“高壓合閘允許”信號(hào)后，方可給變頻器送高壓電，對(duì)于風(fēng)機(jī)負(fù)載，啟動(dòng)前應(yīng)將風(fēng)機(jī)擋板處于關(guān)閉位置，并且確認(rèn)風(fēng)機(jī)沒(méi)有因?yàn)槠渌蚍崔D(zhuǎn)，防止變頻器啟動(dòng)時(shí)引起單元過(guò)電壓或者過(guò)電流；對(duì)風(fēng)機(jī)負(fù)載手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，減速必須緩慢進(jìn)行，過(guò)快減速容易導(dǎo)致變頻器單元過(guò)壓停機(jī)；對(duì)于水泵負(fù)載，注意不要設(shè)定過(guò)小頻率值，因?yàn)樵诓⒙?lián)運(yùn)行情況下，調(diào)速水泵速度過(guò)低，將影響水泵出水。在得到系統(tǒng)待機(jī)信號(hào)后給變頻器發(fā)啟動(dòng)命令，而且啟動(dòng)命令必須在高壓合閘3 s之后發(fā)出，持續(xù)時(shí)間不少于3 s，啟動(dòng)正常后必須提供合適轉(zhuǎn)速給定；在變頻器停機(jī)時(shí)，必須先給出變頻器的停機(jī)或急停指令，不能直接分段高壓真空開(kāi)關(guān)。運(yùn)行情況下直接分段高壓真空開(kāi)關(guān)，變頻器將按電源故障處理，對(duì)于風(fēng)機(jī)負(fù)載，如果要正常停機(jī)，直接給變頻器發(fā)出停機(jī)或急停指令即可，無(wú)須事先降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)慣性大，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，降低停機(jī)反倒容易引起變頻器單元過(guò)電壓。如果要避免風(fēng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)直接停機(jī)引起工藝參數(shù)大的波動(dòng)，可以逐步關(guān)閉擋板，而后停機(jī)；我廠變頻器啟始頻率為10 Hz；對(duì)于變頻與工頻倒換時(shí)禁止帶電合分旁路柜的隔離開(kāi)關(guān)，旁路開(kāi)關(guān)的倒換請(qǐng)?jiān)谕耆珨嚯姷那闆r下進(jìn)行；隔離開(kāi)關(guān)由電氣閉鎖功能，禁止強(qiáng)行合分隔離刀閘，不允許野蠻操作；必須按利德華福操作手冊(cè)及運(yùn)行規(guī)程操作。

4 變頻器的日常維護(hù)及注意事項(xiàng)

根據(jù)運(yùn)行規(guī)程及電力法律法規(guī)，變頻器投入運(yùn)行前還要進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以便檢查是否滿足生產(chǎn)需求。主要內(nèi)容：檢查接線正確且緊固；變頻器按照電機(jī)參數(shù)正確設(shè)置，電纜及瓷瓶，過(guò)電壓保護(hù)器，試驗(yàn)合格；變壓器耐壓，直阻合格連接組別正確。在確認(rèn)無(wú)發(fā)熱元件和不帶電之前不要碰觸任何部位，檢修時(shí)一定將高壓斷開(kāi)并檢查所有單元紅燈完全熄滅才能測(cè)量更換；不要用搖表測(cè)量輸出絕緣，以免功率單元開(kāi)關(guān)器件受損，測(cè)電機(jī)絕緣時(shí)將變頻器與電機(jī)斷開(kāi)；更換元件時(shí)做好記號(hào)，按原來(lái)位置安裝；高壓帶電時(shí)不要斷開(kāi)控制電源，運(yùn)行期間不能打開(kāi)高壓柜門，停電15 min后方可打開(kāi)；不要輕易更改變頻器參數(shù)，壞境溫度一般在0～40？觷之間變化；定期對(duì)變壓器進(jìn)行檢查；冷卻系統(tǒng)是否正常，過(guò)濾網(wǎng)是否堵塞，冷卻風(fēng)扇是否正常，變頻器停機(jī)后要恢復(fù)運(yùn)行，要根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境相對(duì)操作，如果環(huán)境潮濕則要先打開(kāi)各控制電源，使變頻器通風(fēng)30 min，驅(qū)除變頻器內(nèi)部潮氣，然后再按正常順序啟動(dòng)變頻器；如果現(xiàn)場(chǎng)特別潮濕例如由于電纜溝密閉性差，水倒流至電纜溝，此時(shí)必須要開(kāi)啟盤柜內(nèi)部加熱器并加以通風(fēng)；如果變頻器長(zhǎng)期停機(jī)，則半年左右通高壓電一次時(shí)間最少為一個(gè)小時(shí)，防止電解電容發(fā)生漏電增加、耐壓降低的劣質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)于廠家備用模塊也要特別注意電解電容的激活；經(jīng)常對(duì)設(shè)備外觀進(jìn)行檢查：檢查變頻器。電機(jī)變壓器風(fēng)機(jī)等是否有過(guò)熱變色或有異味，還有采取完善的小動(dòng)物防護(hù)措施，防止鼠害。

5 變頻器改造運(yùn)行效果

5.1 河北通順生物質(zhì)科技有限公司

一二號(hào)引風(fēng)機(jī)參數(shù)：額定容量355 kW，額定電壓10 kV，額定電流26 A，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，接線方式為星形接線；

一二號(hào)送風(fēng)機(jī)參數(shù)：額定容量450 kW，額定電壓10 kV，額定電流33 A，轉(zhuǎn)速1 458 r/min，接線方式為星形接線；

二號(hào)給水泵參數(shù)：額定容量355 kW，額定電壓10 kV，額定電流25.5 a，轉(zhuǎn)速2 980 r/min。

5.2 根據(jù)電機(jī)參數(shù)和變頻器廠家討論決定所投保護(hù)及保

護(hù)定值

過(guò)載保護(hù)，電機(jī)額定電流的1.2倍，每10 min允許1 min（反時(shí)限特性），超過(guò)則保護(hù)停機(jī)。

過(guò)流保護(hù)：電機(jī)額定電流的1.5倍，允許3 s，超過(guò)則立即停機(jī)。變頻器輸出電流超過(guò)2倍電機(jī)額定電流在10微秒保護(hù)停機(jī)。

過(guò)壓保護(hù)：檢測(cè)每個(gè)功率模塊的直流母線電壓，如果超過(guò)額定電壓的1.15倍，則變頻器停機(jī)。

欠壓保護(hù)：檢測(cè)每個(gè)功率模塊的直流母線電壓，當(dāng)電壓低于設(shè)定電壓（0.65倍額定電壓15 s，完全失電3 s，則變頻器停機(jī)。

溫度保護(hù)：變頻器柜體設(shè)置溫度檢測(cè)，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知運(yùn)行人員，當(dāng)整流變壓器溫度達(dá)到130 ℃時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，變頻器可繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)達(dá)到140 ℃時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)，變頻器停機(jī)。

那對(duì)電力系統(tǒng)及設(shè)備影響：由于變頻器使風(fēng)機(jī)及給水泵轉(zhuǎn)速下降，增加了葉輪及軸承的使用壽命；大大降低了由于電動(dòng)機(jī)直接直接啟動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊（在加裝變頻器之前每次啟動(dòng)都引起電壓降嚴(yán)重，有時(shí)一次啟動(dòng)不成功，還會(huì)引起對(duì)電壓敏感電氣設(shè)備誤動(dòng)和元器件的損壞）和對(duì)電動(dòng)機(jī)自身，高壓斷路器的沖擊損壞；使用變頻器啟動(dòng)對(duì)電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)和啟動(dòng)時(shí)間間隔沒(méi)有了限制，這樣在發(fā)生緊急情況不會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)問(wèn)題而擴(kuò)大事故。由于擋板或閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)到100%，充分減少了截流損耗，達(dá)到了最好節(jié)能效果。

5.3 節(jié)能的影響

有原來(lái)的變閥控制變?yōu)楝F(xiàn)在的變頻控制，為了便于計(jì)算，假設(shè)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的效率=98%；高壓變頻器的效率=97%；額定風(fēng)量時(shí)的風(fēng)機(jī)軸動(dòng)力：1 000 kW；根據(jù)風(fēng)機(jī)特性：風(fēng)量q為0時(shí)，揚(yáng)程h為1.4 p.u；設(shè)定曲線特性h=1.4-0.4q2；年運(yùn)行時(shí)間8 000 h；風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式為：風(fēng)量100%，年運(yùn)行時(shí)間20%；風(fēng)量70%，年運(yùn)行時(shí)間的50%，風(fēng)量50%，年運(yùn)行時(shí)間的30%；電費(fèi)為0.5元/kW·h計(jì)算

5.4 變閥調(diào)整控制風(fēng)量時(shí)的情況

100%風(fēng)量功耗1 000/0.98=1 020 kW；

70%風(fēng)量功耗1 000×0.7×（1.4-0.4×0.72）/0.98=860 kW；

50%風(fēng)量功耗1 000×0.5×（1.4-0.4×0.52）/0.98=663 kW；

年耗電量為1 020×8 000×0.2+860×8 000×0.5+663×8 000

×0.3=6 663 200 kW·h；

變頻調(diào)節(jié)控制風(fēng)量

100%風(fēng)量功耗1 000/0.98/0.97=1 052 kW；

70%風(fēng)量功耗1 000×0.73/0.98/0.97=360 kW；

50%風(fēng)量功耗1 000×0.53/0.98/0.97=131 kW；

年耗電量為1052×8 000×0.2+360×8 000×0.5+131×

8 000×0.3=3 437 600 kwh

一年節(jié)約電費(fèi)6 663 200×0.5-3 437 600×0.5=1 718 800元；節(jié)電率1 612 800/331 600=48%

6 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)際運(yùn)行中變頻器在經(jīng)歷了各種電氣、機(jī)械、環(huán)境溫度影響下動(dòng)作可靠迅速。說(shuō)明高壓變頻器技術(shù)日益成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能顯著，是值得大力推廣的技術(shù)和產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳建行，劉茂山.高壓變頻器在壽光金太陽(yáng)熱電廠輔機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2010，（12）.