一、序言
鍋爐風機是發(fā)電廠重要能耗設(shè)備,風機額定轉(zhuǎn)速時的風量通常超過實際所需風量,調(diào)節(jié)風量大小以往的做法是調(diào)節(jié)擋風板開度來實現(xiàn)的,此方法實際上是通過人為增加阻力的辦法達到調(diào)節(jié)的目的,浪費大量電能,回收這部分電能損耗會收到很大的節(jié)能效果。利用變頻器的調(diào)速功能,應(yīng)用到風機上能夠節(jié)約大量電能,當風量減少時采用變頻調(diào)速方式降低風機轉(zhuǎn)速,減少電機輸入功率,從而降低能耗。
交流異步電機轉(zhuǎn)速與電源的頻率f成正比（n轉(zhuǎn)速=（1-S轉(zhuǎn)差率）×60×f頻率/p極對數(shù)）,改變定子供電頻率就改變了電動機的轉(zhuǎn)速,從而改變了電動機的輸入功率。變頻調(diào)速裝置是將電網(wǎng)50Hz的交流電,變成頻率可調(diào)的交流電去驅(qū)動交流電動機實現(xiàn)調(diào)速的。其特點是效率高,沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗,調(diào)速的范圍大、精度高、無級調(diào)速,大量節(jié)約電能,以及其能方便實現(xiàn)與自動化控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)等）間的通訊,使其在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
二、變頻器調(diào)速系統(tǒng)在鍋爐風機電機上的應(yīng)用
我公司#7鍋爐共有4臺風機,安裝了3臺北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06系列變頻器。本變頻調(diào)速系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。
圖1是引風機變頻器接線形式。原電動機電源直接作為變頻器輸入電源,再通過變頻器輸出連接到電機。為充分保證系統(tǒng)的可靠性,變頻器同時加裝了工頻旁路裝置,變頻器異常時退出運行,電機由變頻切換到工頻狀態(tài)運行。旁路由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成。在變頻運行時,QS1和QS2合閘,QS3斷開。工頻運行時,QS3合閘,QS1和QS2斷開。QS2和QS3為機械互鎖不能同時合閘。
變頻調(diào)速控制系統(tǒng)接入DCS系統(tǒng),可在DCS系統(tǒng)中對電動機啟、停、轉(zhuǎn)速調(diào)整控制。裝置還提供報警指示、故障指示、待機狀態(tài)、運行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分斷等保護信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風機實際轉(zhuǎn)速值等必要指示,方便操作人員進行操作控制。
安裝后,進行了一系列的動態(tài)試驗,如變頻器50Hz滿載運行試驗、電機風機系統(tǒng)臨界振動實驗、母線電壓波動試驗、連續(xù)快速增減負荷試驗等,均達到要求,設(shè)備運行至今一切正常。
三、變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用中體現(xiàn)出的優(yōu)點
?。ㄒ唬┕?jié)能效益巨大
改造以前,3臺風機工頻電流在150A左右,通過改造后,在相同負荷情況下,風機變頻運行下電流在9左右,減少5,節(jié)約36.6%,年節(jié)約能力270（年運行天數(shù)）×24（小時）×（1000+710+450）（電機總功率）×0.366=512.3萬kWh,考慮裝置自耗電及室內(nèi)冷卻空調(diào)用電8.4萬kWh,總體節(jié)能503.9萬kWh,節(jié)電率達到36%,節(jié)約金額201.56萬元,經(jīng)濟效益相當顯著,即用不到2年的時間就可以收回總投資費用。
?。ǘ└纳圃O(shè)備啟動特性,延長設(shè)備的使用壽命,提高設(shè)備運行可靠性
電動機直接起動所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會給供電系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)帶來不利影響,故對于容量較大的異步電動機一般都要采用軟起動方案。以往常用降壓起動,但在降壓起動過程中,因沒有改變電源頻率,過大的轉(zhuǎn)差率的存在,也不可避免地會出現(xiàn)較大的過電流。對于重載起動的設(shè)備,當采用變頻按電壓/頻率比例控制方法軟起動的方案,即用變頻器帶動電機從零速開始起動,逐漸升壓升速,直至達到其額定轉(zhuǎn)速,則不會產(chǎn)生過電流,并且可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動力矩,從而改善啟動特性。本變頻調(diào)速系統(tǒng)輸入側(cè)為移相變壓器提供的42整流脈沖,多級移相疊加整流可以大大改善電網(wǎng)側(cè)的電流波形,使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1,提高了設(shè)備使用率。輸出側(cè)對每個單元的PWM波形進行重組,可得到正弦度較好的波形,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很長,電機不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造,同時電機諧波損耗大大減小,消除了由此引起的機械振動,減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。延長了設(shè)備使用壽命,減少故障率,也就提高了運行可靠性。
?。ㄈ└纳乒ぷ鳝h(huán)境
工頻運行時利用調(diào)節(jié)擋風板來調(diào)節(jié)風量,使得風通過風道時產(chǎn)生*的噪音,嚴重惡化了工作環(huán)境,采用變頻調(diào)速后減少了這種噪音,改善了工作環(huán)境。
四、改造中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題
1.在技術(shù)上,要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備,選擇相應(yīng)特性的變頻器。
2.必須考慮變頻器出現(xiàn)故障的情況,故須安裝工頻--變頻運行的切換旁路系統(tǒng)。
3.在變頻改造后,要注意風機可能存在扭曲共振現(xiàn)象。如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點、軟連接及機座加震動吸收橡膠等。
4.注意采取必要的對變頻器、電機散熱措施。
5.變頻器不能由輸出口反向送電,要求QS2和QS3機械互鎖。
五、結(jié)束語
近幾年,國內(nèi)的電力電子技術(shù)的發(fā)展迅速,變頻器的各項技術(shù)性能也得到大步提高,變頻器在風機、水泵類負荷中應(yīng)用越來越多,節(jié)能效果極其顯著。對于低壓變頻器,投資較低、效益高,一年左右就可以收回投資,高壓變頻器,一般需要2-3年左右時間。隨著國產(chǎn)變頻器技術(shù)發(fā)展越來越成熟,變頻器的性價比大大提高,為變頻器在節(jié)能技術(shù)改造方面提供了廣闊的發(fā)展空間。
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