高壓風機變頻改造節能分析

梁增光

(青海益和檢修安裝有限公司，青海 西寧 810003)

高壓風機變頻改造節能分析

梁增光

(青海益和檢修安裝有限公司，青海 西寧 810003)

針對風機擋板調節存在的問題，分析了實施變頻改造的必要性和實施改造所需具備的條件，闡述了引、送風機改造的方案。改造實踐表明：引、送風機變頻改造取得了顯著的節電效果，滿足了生產工藝要求，并且減少了設備維修費用，經濟效益明顯。

高壓風機；調速擋板；變頻器；節能改造

0 引言

某公司1—5號爐均采用雙引風機、雙送風機調節爐膛負壓及送風量方式。送、引風機采用6?kV電壓等級高壓三相交流異步電動機，正常情況下在額定轉速運行時，其風量調節采用風門檔板方式，風門擋板開度為60?%—70?%。此調節方法存在以下缺點：動態性能較差，無法實現負載的平滑調節，調節范圍窄、工藝控制困難，風機容易產生喘振，風機偏離額定點運行、效率低，電機啟動電流大(為額定電流的5—7倍)、功率損耗大，電機維護成本高等。

經研究分析，決定對1—5號爐引風機、送風機調節系統進行技術改造，采用高-高變換的變頻器，進行電機變頻調速，改變電機定速運行方式，以達到節約能源、降低損耗、提高設備使用壽命和優化工藝控制的目的。

1 變頻改造必要性分析

在系統設計時，很難準確計算出管網的阻力。設計規程規定：風機風量裕度為5?%—10?%，風壓裕度為10?%—15?%。但在風機選型時，將系統的最大風量和風壓富裕量作為選擇風機型號的設計值。這就導致風機的風量和風壓富裕度達到20?%—30?%，而風機采用離心風機，調節性能差、實際運行效率低，設計選型誤差和變負荷工藝要求使運行點遠離風機的最高效率區。

可見，采用風門擋板調節風量的方式，會使風機的運行效率大幅度下降。采用風門擋板調節風量時，風機用電量有很大一部分會因風機的型號與管網系統的參數不匹配及調節方式不當而被調節機構消耗掉。因此，需要對其進行改造，以提高風機效率、降低風機耗電量。

2 變頻改造可行性分析

2.1 條件分析

(1)?風機變頻改造采用功率模塊串聯多電平變頻器，變頻器采用低壓IGBT作為逆變元件。

(2)?1號、2號爐原有的控制系統為EDPFNT系統，3號、4號爐為WDPF-Ⅱ系統，5號爐為I/A′S系統。本次在遠方進行變頻器轉速調節，只需在上述分散控制系統中增加I/O卡件及其附件，并進行相關控制邏輯組態即可。經核查，控制系統滿足條件。

2.2 運行狀況分析

(1)?1—5號機組送風機額定壓力為6.37?kPa，而實際送風機出口壓力為3.8—4.4?kPa，風機存在較大壓力富裕度，送風機擋板開度在40?%—76?%。綜合以上因素，5臺機組送風機均存在變頻改造的必要性，具有較大節能空間。

(2)?1號、2號機組引風機額定壓力為5.45?kPa,擋板開度在70?%左右，按照85?%流量計算，引風機具有一定節能空間。

(3)?3—5號機組引風機額定壓力為5.27?kPa，擋板開度在49?%左右，按照65?%流量計算，引風機也具有較大節能空間。

據此分析，對高壓風機進行變頻改造是可行的。

3 變頻改造

3.1 變頻主回路

采用功率模塊串聯多電平變頻器實現高壓，輸入側采用移相降壓型變壓器，實現18脈沖以上的整流方式，滿足對電網諧波要求。在帶負載時，電網側功率因數可達到0.95以上。在輸出側采用多級PWM(Pulse?Width?Modulation，脈寬調制)技術，dV/dt小，諧波少，滿足普通異步電機的技術需要。根據負載設計變頻器的輸出電壓是解決高壓電機調速的最佳方法。變頻器主回路采用6個功率單元冗余設計，當每相1個功率單元因故障被旁路后，可不停機連續額定運行。變頻主電路如圖1所示。

3.2 變頻主控回路

根據現場條件，采用空冷型高壓變頻調速系統，其主控部分以PCB(Printed?Circuit?Board，印制電路板)板構成的主控板為控制核心，結合PLC、功率單元實現PWM波形控制及信號的檢測、分析、判斷和處理。主控回路和功率單元之間通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統的可靠性;同時控制系統具有豐富的模擬、數字接口，可與中控DCS連接和擴展，以滿足現場運行與控制的需要。

可在控制柜上安裝“遠程/就地”轉換開關,實現“就地控制”與“遠方控制”的切換。變頻器遠方控制接入DCS。DCS增加變頻器畫面，與變頻器輸出接口連接、數據通信，查看工作電流、轉速、運行、停止、故障等狀態信息,進行實時監控和操作。

圖1 變頻主電路示意

3.3 功率單元機械旁路

為保證變頻器功率單元故障時不影響風機的正常運行，變頻器內部設置功率單元機械旁路。當檢測到單元故障時，故障功率單元被旁路停用，同時調整其他功率單元運行數量，保證系統穩定運行，其功率單元及機械旁路如圖2所示。

3.4 工頻/變頻切換方式

為防止變頻器故障造成引、送風機無法投運，迫使發電機減負荷或被迫停運，該系統還采用“一拖一”、工頻／變頻手動旁路切換方式。某高壓電機變頻器一次接線如圖3所示，其中：6517為6?kV斷路器開關(原有設備)；QS1，QS2為變頻器輸入、輸出隔離刀閘；QS3為工頻運行隔離刀閘；QS2和QS3之間機械互鎖，不能同時合閘。

變頻切工頻步驟為：先斷開6?kV高壓開關，斷開QS1和QS2隔離刀閘，然后合上QS3隔離刀閘，再合6?kV高壓開關，電機轉工頻運行。

圖2 功率單元與機械旁路示意

工頻切變頻步驟為：先斷開6?kV高壓開關，拉開QS3隔離刀閘，然后合上QS1隔離刀閘，再合上QS2隔離刀閘，最后合上6?kV高壓開關，電機轉變頻運行。當電機由工頻轉變頻運行時，考慮電機的慣性，一般利用“飛車啟動”，以保證變頻器不至于因負載過重而造成啟動失敗。

圖3 變頻器一次接線示意

4 變頻改造節能分析

用變頻器作為風機風量的調節器，通過電機變頻調速來實現對風量的調節，其主要特點是可以消除或減少檔板的節流損失。風機變頻改造的節能效果與風機的性能、運行工況、檔板的開度等有關。按照機組實際年運行6?953?h計算，變頻改造后的節能數據如表1所示。

表1 1—5號爐引、送風機變頻改造節能數據

由表1可見，合計節電[10×(829-560)+10× (556-376)]×6?953=3?121萬kWh，節能效果非常明顯。

5 結束語

該公司采用SH-HVF系列Ⅲ型高壓變頻器實施風機變頻改造，取得了顯著的節電效果，提高了設備工作效率，并且減少了設備維護、維修費用，經濟效益明顯。實踐證明，通過將風機改造為變頻控制方式來實現節能、降低廠用電率是可行的，也為其他企業類似改造提供了借鑒。

1?黃慧敏．通用變頻器應用中的問題及對策[J]．礦山機械，??2004，19(11)：56-57.

2?陳伯時．電力拖動自動控制系統[M]．北京：機械工業出??版社，2009.

2016-05-06;

2016-11-09。

梁增光(1986—)，男，助理工程師，主要從事繼電保護檢修管理工作，email：lzglzglzg023@163.com。