【關(guān)鍵詞】
　　高壓變頻器 風(fēng)機(jī) 節(jié)能　
　
【Abstract】
    This text combines the actual work condition of lead the breeze machine, introducing the strong power of domestic high pressure to change the machine of inverter in the huai-bei power plant leads the on board application of breeze.
　　
【Key words】 
　　high-voltage inverter Fan Energy saving
　　
    一、概述
　　中國大唐團(tuán)體公司淮北發(fā)電廠位于淮北市相山西南麓，興建于1970年。先后建成2×50MW 、2×125MW、3×200MW共7臺(tái)燃煤發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)950MW，經(jīng)增容改造現(xiàn)總裝機(jī)容量達(dá)1022.5MW。

         　　高壓變頻技術(shù)隨著功率元器件耐壓等級(jí)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟，在電廠的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，節(jié)能效果及控制水平已被電力系統(tǒng)所熟悉。但在高電壓、大功率的設(shè)備上應(yīng)用，淮北發(fā)電廠之前沒有嘗試，基本沒有這方面的經(jīng)驗(yàn)。2004年淮北發(fā)電廠組織各個(gè)專業(yè)職員對(duì)國內(nèi)外高電壓、大功率的變頻器這一新技術(shù)進(jìn)行了考查、論證。既考察了國產(chǎn)的高壓大功率變頻器應(yīng)用情況，也考察、論證了進(jìn)口的高電壓大功率的變頻器應(yīng)用業(yè)績。最后得出結(jié)論：國產(chǎn)高電壓、大功率變頻調(diào)速裝置，完全能夠適應(yīng)，具體如下幾點(diǎn)：

             1、產(chǎn)品售后服務(wù)及時(shí)、周到、服務(wù)本錢低，能夠滿足生產(chǎn)的及時(shí)性。
    2、產(chǎn)品備件采購方便、備件本錢低。
    3、 變頻器操縱簡單，人機(jī)界面簡單，易于把握。
    4、 通過近多年來國內(nèi)生產(chǎn)廠家的努力，應(yīng)該說國產(chǎn)大功率變頻器并不比進(jìn)口的性能差，有的方面還優(yōu)于進(jìn)口的變頻器。
    5、 國產(chǎn)造價(jià)比進(jìn)口的低：

         　　所以公司決定對(duì)#5、#6機(jī)組共四臺(tái)引風(fēng)機(jī)和#6機(jī)組的凝聚水泵采用高壓變頻器調(diào)速裝置，并且大唐團(tuán)體公司在國際上公然招標(biāo)采購高壓變頻器。我公司為國內(nèi)唯一中標(biāo)單位，并一舉中標(biāo)我公司5臺(tái)高壓變頻器。
　　
　　二、高壓變頻器的節(jié)能原理過往，我們對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵采用擋板、閥門進(jìn)行流量控制、造成了大量的能源浪費(fèi)。現(xiàn)在國際上普遍采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行節(jié)能，固然有多種方式，但是其中應(yīng)用效果最好的為變頻調(diào)速方式。

         　　采用直接高壓控制電動(dòng)機(jī)定子的電壓源型變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)水泵等機(jī)械裝置進(jìn)行調(diào)速控制來控制風(fēng)量、流量的方法是當(dāng)前國內(nèi)外主流技術(shù)，應(yīng)用得非常廣泛，大量采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行節(jié)能，對(duì)于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

         　　風(fēng)機(jī)和水泵固然是兩類不同的機(jī)械裝置，但是均屬于“平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載”，分析的方法也基本相同。下面就以風(fēng)機(jī)為例進(jìn)行說明。
　　
　　2.1風(fēng)機(jī)的參數(shù)和特征

         　　2.1.1風(fēng)機(jī)的基本參數(shù)
　　風(fēng)量Q：單位時(shí)間流過風(fēng)機(jī)的空氣量（m3/s）；
　　風(fēng)壓H：空氣流過期產(chǎn)生的壓力。其中風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機(jī)的全壓Ht（Pa），它是由靜壓Hg和動(dòng)壓Hd組成，即Ht＝Hg+Hd；
　　功率P：風(fēng)機(jī)工作有效總功率Pt＝QHt（W）。如風(fēng)機(jī)用有效靜壓Hg，則Pg＝QHg；
　　效率η：風(fēng)機(jī)的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給空氣，因此可以用風(fēng)機(jī)效率這一參數(shù)衡量風(fēng)機(jī)工作的優(yōu)劣，按照風(fēng)機(jī)的工作方式及參數(shù)的不同，效率分別有：
　　全壓效率ηt＝QHt/P
　　靜壓效率ηg＝QHg/P
　　
　　2.1.2風(fēng)機(jī)的特性曲線
　　表示風(fēng)機(jī)性能的特性曲線有：
　　H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性
　　P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性
　　η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，風(fēng)機(jī)的效率特性
　　對(duì)于同類型的風(fēng)機(jī)，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的H-Q曲線如圖1
　　

         　　根據(jù)風(fēng)機(jī)相似方程：
　　當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從n變到n’，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率P的變化關(guān)系：
　　 Q’=Q（n’/ n） （1）
　　 H’=H（n’/ n）2 （2）
　　 P’=P（n’/ n）3 （3）
　　上面的公式說明，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。
　　
　　2.2管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線 當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻R保持不變時(shí)，風(fēng)量與透風(fēng)阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即風(fēng)量與透風(fēng)阻力K按阻力定律變化，即
　　 K=RQ2
　　式中： K－透風(fēng)阻力，Pa；
　　 R－風(fēng)阻，（kg/m2）
　　 Q－風(fēng)量，（m3/s）
　　K－Q的拋物線關(guān)系稱為風(fēng)阻特性曲線，如圖2-2所示。顯然，風(fēng)阻越大曲線越陡。
　　風(fēng)阻的K－Q曲線與管網(wǎng)阻力曲線相交的工作點(diǎn)成為工況點(diǎn)M。同一風(fēng)機(jī)兩種不同轉(zhuǎn)速n、n’時(shí)的K－Q曲線與R風(fēng)阻特性曲線相交的工況點(diǎn)分別為M及M’，與R1風(fēng)阻曲線相交的工況點(diǎn)為M1及M1’。
　　
　　2.3電動(dòng)機(jī)容量計(jì)算 拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)所需的輸出軸功率為：
　　

         　　假如設(shè)備的配置都滿足設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)，從圖上看到：
　　
　　2.4.1.1當(dāng)流量Q＝1時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板和采用變頻器時(shí)使用的功率將會(huì)一致，這是由于它們的輸進(jìn)功率都為AH0K所包圍的面積；
　　
　　2.4.1.2當(dāng)流量從Q=1下降到Q=0.7時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)的輸進(jìn)功率為BI0L所包圍的面積，而采用變頻調(diào)速后，其功率下降為DG0L包圍的面積，從圖上看，這個(gè)面積比BI0L包圍的面積小很多；
　　
　　2.4.1.3當(dāng)流量進(jìn)一步下降到Q=0.5時(shí)，采用風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)時(shí)的輸進(jìn)功率為CJ0P包圍的面積，而采用變頻調(diào)速時(shí)的輸進(jìn)功率為EF0P包圍的面積，從圖上看到，這個(gè)面積與CJ0P相比，其值更小。
　　所以我們可以從直觀的圖形上看到采用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)比采用風(fēng)門擋板時(shí)會(huì)節(jié)約大量的能量，也就是說：采用變頻調(diào)速是一種節(jié)能的好辦法。
　　那么，其計(jì)算方法怎么得到？
　　根據(jù)風(fēng)機(jī)理論，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)在需要流量變化時(shí)，可以采用閥門或者擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸進(jìn)功率的計(jì)算公式為：
　　Pnn=P×Hnn×Qnn
　　其中：Hnn＝U-（U-1） Q2nn U為系統(tǒng)流量為零時(shí)壓力極值
　　所以，采用風(fēng)門擋板時(shí)的風(fēng)機(jī)輸進(jìn)功率為：
　　Pnn=P×Hnn×Qnn＝P×[U-（U-1） Q2nn]×Qnn
　　式中：Pnn為某個(gè)狀態(tài)下的輸進(jìn)功率標(biāo)么值；Hnn為某個(gè)狀態(tài)下的壓力標(biāo)么值；Qnn為某個(gè)狀態(tài)下的流量標(biāo)么值；P為額定狀態(tài)下的輸進(jìn)功率。
　　
　　2.5采用變頻調(diào)速時(shí)的功率計(jì)算：
　　
　　2.5.1異步電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為：
　　轉(zhuǎn)數(shù)n=60f（1-s）/p
　　
　　2.5.2 風(fēng)機(jī)泵類流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速n關(guān)系為：
　　 流量 Q∝n；
　　 壓力 H∝n2
　　 功率 P∝n3
　　假設(shè)：額定流量為Q0，額定功耗為P0；所需流量為Q1，功耗為Pg.in；由上述正比關(guān)系得出下式：
　　P0：n03 =Pg.in：n13 
　　
    
　　
　　2.5.3 不同負(fù)荷情況下節(jié)能效果曲線圖（圖3）
　　橫坐標(biāo)代表水泵的負(fù)荷狀態(tài)。①為調(diào)節(jié)閥門時(shí)電機(jī)輸進(jìn)功率的曲線，②為調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)輸進(jìn)功率的曲線，③為采用變頻調(diào)速方法時(shí)，相對(duì)于調(diào)節(jié)閥門而帶來的節(jié)能效益曲線。
　　

         　　曲線③沒有考慮調(diào)速裝置本身的效率，也忽略調(diào)速后水泵本身的效率變化情況，綜合考慮這兩個(gè)因素后，曲線③將略微下降。

         　　三、DHVECTOL-DI變頻器的原理
　　DHVECTOL-DI變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6kV系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV變頻裝置有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)如圖4，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(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖5所示的波形。輸進(jìn)側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成48脈沖整流方式；這種多級(jí)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(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)功率單元等效為一臺(tái)單相低壓變頻器。輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖6所示的門路正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的盡緣損壞，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(shí)，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(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。 

         　　d. 輸出脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小
　　DHVECTOL-DI變頻器不需要外部輸出濾波器就可提供正弦輸出電壓，變頻器有較低的輸出電壓失真，不增加電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。DHVECTOL-DI變頻器大大降低了輸出的諧波電流（低于4%），避免了電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。從而減少了設(shè)備上的電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。
　　

         　　e. 可靠性高，維護(hù)方便
　　DHVECTOL-DI變頻器采用單元模塊化技術(shù)方案，便于設(shè)備的維護(hù)和維修。IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)采用高可靠性專用驅(qū)動(dòng)模塊電路，電子元件和部件均通過高溫老化試驗(yàn)。
　　DHVECTOL-DI變頻器變頻單元組件具有互換性，若出現(xiàn)故障，可在幾分鐘內(nèi)用簡單工具進(jìn)行更換維修。
　　
　　f. 電機(jī)軟啟動(dòng)，無沖擊電流
　　DHVECTOL-DI變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)，根據(jù)電機(jī)的現(xiàn)場使用要求，我們可以改變電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間而得到多條電機(jī)啟動(dòng)曲線，使得電機(jī)在帶上負(fù)載后完好地適應(yīng)負(fù)載和工藝要求，并且保證啟動(dòng)過程對(duì)電網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，可確保電機(jī)的安全運(yùn)行并延長其使用壽命。
　　
　　g. 降低電機(jī)磨損,延長電機(jī)和軸承使用壽命，節(jié)省維護(hù)用度
　　使用DHVECTOL-DI變頻器降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不僅能達(dá)到較好的節(jié)能目的，而且電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載的機(jī)械磨損也大大降低，延長電機(jī)的使用壽命，還可明顯為用戶節(jié)省維護(hù)用度。
　　
　　i．單元旁路功能
　　這種功能是一種快速地、自動(dòng)地切除出現(xiàn)故障單元而保證系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行（或減額運(yùn)行）的方法。當(dāng)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，故障報(bào)警信號(hào)經(jīng)過通訊電路傳輸給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)接到故障信號(hào)后，經(jīng)過故障種類判定，對(duì)系統(tǒng)的各種信號(hào)協(xié)調(diào)，在條件滿足后，用最短的時(shí)間將出現(xiàn)故障的功率單元進(jìn)行旁路切除。主控系統(tǒng)通過改變算法，重新計(jì)算輸出波形，保持輸出電壓波形的完整，同時(shí)向用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào),車間排煙系統(tǒng)，并且自動(dòng)對(duì)輸出功率進(jìn)行調(diào)整，使擾動(dòng)降至最低，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
　　
　　j. 瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能
　　實(shí)際現(xiàn)場中，當(dāng)高壓母線進(jìn)行切換、母線上電動(dòng)機(jī)成組自起動(dòng)、母線上大電機(jī)起動(dòng)時(shí)會(huì)造成高壓電網(wǎng)瞬間閃動(dòng)，變頻器若不具備瞬停功能，會(huì)立即停機(jī)，而電機(jī)帶負(fù)載會(huì)存在機(jī)械慣性，在電源恢復(fù)后電動(dòng)機(jī)的速度尚未降到零，等待重新起動(dòng)又會(huì)經(jīng)過相當(dāng)長的時(shí)間，會(huì)給生產(chǎn)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。DHVECTOL-DI變頻用具備的瞬時(shí)停電再起動(dòng)功能，可以根據(jù)電源恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自由旋轉(zhuǎn)的實(shí)際速度計(jì)算出對(duì)應(yīng)的輸出頻率，以此頻率為起始頻率使電動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)并加速到停電前的運(yùn)行狀態(tài)，以適應(yīng)不答應(yīng)停電設(shè)備的需要�，F(xiàn)場測試瞬時(shí)停電再啟動(dòng)的電流波形如下圖10。
　　

         　　五、效益分析
　�。�1） 節(jié)能效果明顯，能耗降低。使用變頻調(diào)速后取消了檔板調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開，電機(jī)負(fù)荷隨風(fēng)機(jī)負(fù)荷上下波動(dòng)，節(jié)能一般在40%左右，消除了由于各種原因造成的“大馬拉小車”現(xiàn)象。
　�。�2） 可獲得高精度的調(diào)節(jié)效益。使用變頻器后調(diào)節(jié)精度高，投運(yùn)實(shí)踐證實(shí)，變頻直接控制遠(yuǎn)比檔板控制精度高，且運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)而取得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的可觀經(jīng)濟(jì)效果，其價(jià)值大于節(jié)電效果。
　�。�3） 使用后實(shí)踐證實(shí)，投運(yùn)變頻器后，頻率通常在30-50Hz范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速降低，軸承的機(jī)械損耗少，設(shè)備的維護(hù)工作量大大減少，維護(hù)用度降低,負(fù)壓風(fēng)機(jī)，有利于裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行。
　�。�4） 投資回收年限較短，例如一臺(tái)1250kW的變頻器預(yù)計(jì)在2年內(nèi)就可以收回投資本錢。
　　
　　六、結(jié)束語
　　 目前在全國范圍內(nèi)組織開展資源節(jié)約活動(dòng)，全面推進(jìn)能源、原材料、水、土地、煤等資源的節(jié)約和綜合利用工作。這是加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，走新型產(chǎn)業(yè)化道路，緩解資源瓶頸制約，解決全面建設(shè)小康社會(huì)面臨的資源約束和環(huán)境壓力，做為用煤大戶，火電廠應(yīng)該走在前列，其中在火電廠風(fēng)機(jī)、水泵所消耗的能源占廠用電的1/3，據(jù)調(diào)查，具有節(jié)能潛力的電機(jī)在中國至少有1.8億千瓦。假如這些風(fēng)機(jī)、水泵都能采用變頻調(diào)速，那將給我國節(jié)約多少能源。所以在火電廠的風(fēng)機(jī)、水泵上采用高壓變頻調(diào)速是刻不容緩的。
　　
　　[1] 毛正孝 泵與風(fēng)機(jī) 中國電力出版社
　　[2] 產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè) 東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司
　　[3] 韓安榮 通用變頻器及其應(yīng)用 機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社
　　[4] 王占奎 變頻調(diào)速應(yīng)用百例 科學(xué)出版社
　　
　　作者簡介：
　　張黎 （1979- ） 男 機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè) 助理工程師 東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司項(xiàng)目經(jīng)理 主要從事高壓變頻現(xiàn)場應(yīng)用方面的工作，到目前為止參加高壓變頻器改造的項(xiàng)目達(dá)50多個(gè)，有各個(gè)行業(yè)高壓變頻器應(yīng)用的豐富經(jīng)驗(yàn)。 
　　丁衛(wèi)東 男 淮北發(fā)電廠電氣專工

        W2E143-AA09-01
商品貨號(hào)：CP01758
商品品牌：ebmpapst依必安派特
商品重量：1000.000千克
商品屬性
[ 產(chǎn)品規(guī)格 ] : ￠172×55mm
[ 電機(jī)轉(zhuǎn)速 ] : 2800min/1 
[ 工作頻率 ] : 50 Hz /1相
[ 旋轉(zhuǎn)方向 ] : 從轉(zhuǎn)子看,方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
[ 軸承結(jié)構(gòu) ] : 免維護(hù)雙滾珠軸承
[ 空氣流量 ] : 375 m3/h 
[ 最低風(fēng)壓 ] : 0 .. 175 Pa 
[ 輸入電壓 ] : 230VAC / 1相
[ 輸入功率 ] : 24 W 
[ 電壓范圍 ] : AC180V...245V/1相
[ 使用壽命 ] : 40 °C時(shí)L10預(yù)計(jì)壽命37500小時(shí)
[ 絕緣等級(jí) ] : B級(jí)(135)
[ 出線方式 ] : 扁平2片插線端子2.8×0.8mm接電
[ 噪音指數(shù) ] : 55 dB(A) 
[ 溫度范圍 ] : -25 .. 70 °C
[ 材質(zhì)材料 ] : 鋁合金外框,金屬葉輪