■ 風(fēng)機(jī)水泵工作特性
風(fēng)機(jī)水泵特性： H=H0-(H0-1)*Q2
H－揚(yáng)程
Q－流量
H0－流量為0時的揚(yáng)程
管網(wǎng)阻力： R＝KQ2
R－管網(wǎng)阻力
K－管網(wǎng)阻尼系數(shù)
Q－流量
注：上述變量均采用標(biāo)么值，以額定值為基準(zhǔn)，數(shù)值為1表示實際值即是額定值
風(fēng)機(jī)水泵軸功率P： P= KpQH/ηb
P－軸功率
Q－流量；
H－壓力；
ηb－風(fēng)機(jī)水泵效率；
Kp－計算常數(shù)；
流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：
Q1/Q2 = n1/n2; H1/H2 =（n1/n2）2; P1/P2 =（n1/n2）3
■ 變閥控制
    變閥調(diào)節(jié)就是利用改變管道閥門的開度，來調(diào)節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的流量。變閥調(diào)節(jié)時，泵或風(fēng)機(jī)的功率基本不變，泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線不變，而管道阻力特性曲線發(fā)生變化，泵或風(fēng)機(jī)的性能曲線與新的管道阻力特性曲線的交點(diǎn)處就是新的工作點(diǎn)。

■ 變頻控制
    變頻調(diào)節(jié)就是利用改變性能曲線方法來改變工作點(diǎn)，變速調(diào)節(jié)中沒有附加阻力，是比較理想的一種調(diào)節(jié)方法。通過變頻器改變電源的工作頻率，從而實現(xiàn)對交流電機(jī)的無級調(diào)速。泵和風(fēng)機(jī)采用變速調(diào)節(jié)時，其效率幾乎不變，流量隨轉(zhuǎn)速按一次方規(guī)律變化，而軸功率按三次方規(guī)律變化。同時采用變頻調(diào)節(jié)，可以降低泵和風(fēng)機(jī)的噪聲，減輕磨損，延長使用壽命。

■ 節(jié)能計算示例
假設(shè)電動機(jī)的效率＝98%
IPER高壓變頻器的效率=97%（含變壓器）
額定風(fēng)量時的風(fēng)機(jī)軸功力：1000kW
風(fēng)機(jī)特性：風(fēng)量Q為0時，揚(yáng)程H為1.4p.u(標(biāo)么值，以額定值為基準(zhǔn)) ；設(shè)曲線特性為H=1.4-0.4Q2
年運(yùn)行時間為：8000小時
風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式為：風(fēng)量100%，年運(yùn)行時間的20%
風(fēng)量70%，年運(yùn)行時間的50%
風(fēng)量50%，年運(yùn)行時間的30%

變閥調(diào)節(jié)控制風(fēng)量時
假設(shè)P100為100%風(fēng)量的功耗，P70為70%風(fēng)量的功耗，P50為50%風(fēng)量的功耗
P100=1000/0.98 = 1020kW
P70=1000 x 0.7 x (1.4-0.4x0.72)/0.98 = 860kW
P50=1000 x 0.5 x (1.4-0.4x0.52)/0.98 = 663kW
年耗電量為：
1020 x 8000 x 0.2 + 860 x 8000 x 0.5 + 663 x 8000 x 0.3 =6,663,200 KWH
假設(shè)電費(fèi)以0.50元/kWh計算，年耗電本錢為: 6663200 x 0.5=3,331,600元
變頻調(diào)節(jié)控制風(fēng)量時
假設(shè)P100為100%風(fēng)量的功耗，P70為70%風(fēng)量的功耗，P50為50%風(fēng)量的功耗
P100 = 1000 / 0.98 /0.97 = 1052kW
P70 = 1000 x 0.73 / 0.98 / 0.97 = 360kW
P50 = 1000 x 0.53 / 0.98 / 0.97 = 131kW
年耗電量為：
1052 x 8000 x 0.2 + 360 x 8000 x 0.5 + 131 x 8000 x 0.3 =3,437,600KWH
假設(shè)電費(fèi)以0.5元/kWh計算，年耗電本錢為3,437,600 x 0.5=1,718,車間降溫水簾,800元
1年所節(jié)省的電費(fèi)
3,331,600 ? 1,718,800 = 1,612,800元
節(jié)電率為 1,612,800/3,331,600 = 48.3%

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關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速'>變頻調(diào)速  高壓變頻技術(shù)'>高壓變頻技術(shù)  鍋爐風(fēng)機(jī)  熱電廠

    一、用戶概述

    位于石家莊市東北部產(chǎn)業(yè)區(qū)的河北華電石家莊熱電有限公司是河北省境內(nèi)大型熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。河北華電石家莊熱電有限公司是國家“一五”計劃期間156項重點(diǎn)建設(shè)項目之一，1954年8月15日建廠，1956年4月10日第一臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，歷經(jīng)8期擴(kuò)建和技術(shù)改造，目前裝機(jī)總?cè)萘繛?3.4萬千瓦，額定供熱出力1205噸/小時，最大供熱負(fù)荷達(dá)1685噸/小時，運(yùn)行著目前國內(nèi)最大的循環(huán)流化床鍋爐群。河北華電石家莊熱電有限公司承擔(dān)著石家莊市80的產(chǎn)業(yè)熱負(fù)荷，占全市集中供熱面積的50。是目前國內(nèi)供熱量最大的熱電廠。作為國家重點(diǎn)建設(shè)項目，河北華電石家莊熱電有限公司1997年立項進(jìn)行技術(shù)改造。工程總投資21.67億元，2001年7月12日正式開工興建，引進(jìn)德國阿爾斯通公司兩臺20萬千瓦雙抽供熱機(jī)組，配套東方鍋爐廠生產(chǎn)的四臺410噸/小時循環(huán)流化床鍋爐。

    石家莊電廠采用的是以熱定電模式運(yùn)行，該廠的負(fù)荷日變化、月變化、季變化都很頻繁，目前石家莊熱電廠鍋爐的引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)均采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)方式，風(fēng)門調(diào)節(jié)頻繁，設(shè)備磨損嚴(yán)重,負(fù)壓風(fēng)機(jī)價格，維護(hù)率高，且風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)方式造成較大節(jié)流損失，能耗嚴(yán)重，造成極大的浪費(fèi)。針對此種情況，經(jīng)過多次考察、反復(fù)研究討論，采用我公司生產(chǎn)的高壓變頻器對石家莊熱電的四臺410噸/小時循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的高壓變頻改造。

    一、設(shè)備參數(shù)

    一次風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)

    設(shè)備名稱電機(jī)型號額定電壓額定電流額定功率額定功率因數(shù)臺數(shù)

    一次風(fēng)機(jī)YKK560-46kV1400kW0.88

    引風(fēng)機(jī)YKK630-6-W/10006kV1000kW0.88

    根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備和生產(chǎn)情況，引風(fēng)機(jī)選用我公司生產(chǎn)的SH-HVF－Y6K/1000高壓變頻器，一次風(fēng)機(jī)選用SH-HVF－Y6K/1400型高壓變頻器。

    二、SH-HVF高壓變頻器的技術(shù)方案

    （一）、技術(shù)原理

    變頻裝置采用直接高高變換的方式，多電平串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案，優(yōu)化的PWM控制算法，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出。，整套系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有18個功率單元，每6（5+1）個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，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IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制。

    當(dāng)某一個單元出現(xiàn)故障時，可將此單元模塊旁路退出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行，如此可減少很多場合下停機(jī)造成的損失，避免了由于一個大功率高壓開關(guān)器件的故障而導(dǎo)致整機(jī)故障、停機(jī)的產(chǎn)生，從而保證了變頻器的可靠性。

在損壞3個單元后仍然可以滿負(fù)載輸出，產(chǎn)品最多可答應(yīng)6個單元模塊的旁路。
 
    （二）、技術(shù)方案

    為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器配置方案均采用一拖一方式：

    高壓電源經(jīng)用戶開關(guān)柜高壓開關(guān)QF到刀閘柜，經(jīng)輸進(jìn)刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS2送至電動機(jī)；高壓電源還可經(jīng)旁路刀閘QS3直接起動電動機(jī)。進(jìn)出線刀閘QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開進(jìn)出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機(jī)運(yùn)行。QF保存用戶原斷路器，QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機(jī)械閉鎖，防止誤操縱。

    （三）、產(chǎn)品特點(diǎn)

    1、功率單元機(jī)械式旁路

    為了保證變頻器和現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機(jī)械旁路功能，當(dāng)單元故障時，可自動將輸出清除并同時觸發(fā)旁路單元將其旁路，使其不影響整個系統(tǒng)的正常工作，使整個系統(tǒng)由原來的串聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)變成為并聯(lián)可靠性結(jié)構(gòu)。典型旁路示意圖如下：

    傳統(tǒng)的功率單元電子式旁路設(shè)計采用晶體管方式，其設(shè)計與功率單元采用一體化設(shè)計，其電子旁路能否動作取決于功率單元的故障狀態(tài)；而我公司功率單元機(jī)械式旁路采用機(jī)械式接觸器方式，并且專門為其設(shè)

計了一套功率單元旁路控制系統(tǒng)，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴(yán)重，旁路系統(tǒng)均能正確安全的旁路。

    2、變頻器帶故障運(yùn)行方式

    當(dāng)有功率單元故障時，變頻器可通過線電壓自動均衡技術(shù)，輸出最大的功率而不至于跳機(jī)影響生產(chǎn)，用戶可以根據(jù)設(shè)備的報警自行確定停機(jī)維修時間。

    3、風(fēng)機(jī)選用進(jìn)口設(shè)備

    我公司高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)采用原裝進(jìn)口EBM風(fēng)機(jī)，其均勻無故障連續(xù)運(yùn)行時間大于100000小時。

    4、頻率分辨率

    頻率分辨率為0.01Hz，每周波頻率誤差小于1微秒。

    5、諧波指標(biāo)

    輸出電流諧波失真<2；變頻調(diào)速'>變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波滿足并高于中國“GB/T14549電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波”及“IEEE519”國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。變頻裝置考慮將對電網(wǎng)諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯(lián)技術(shù)；c、優(yōu)化的PWM算法；d、多脈沖整流技術(shù)

    6、線電壓自動均衡技術(shù)

    變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡,通風(fēng)工程報價，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的條件下保證最大的線電壓均衡輸出。

    7、控制電源雙電源自動切換＋雙UPS技術(shù)

    變頻器的控制電源采樣“雙電源自動切換＋雙UPS”方案，以最大限度的保證控制電源的可靠性。

“雙電源自動切換”：一路電源由用戶提供，另外一路電源來自變頻器主回路隔離移相變壓器二次側(cè)獨(dú)立繞組，兩路電源由雙電源自動切換裝置自動切換后提供給控制柜使用

    “雙UPS”：控制柜配置兩臺UPS，一臺1kVA的后備式UPS，一臺1kVA的在線式UPS，當(dāng)雙電源同時掉電時雙UPS保證提供30分鐘的后備電源。

    采用雙電源自動切換＋雙UPS”方案后，可以保證只要主回路高壓有電，變頻器均能正常運(yùn)行，在用戶6kV母線自動切換過程中，高壓短時掉電后，仍能保證變頻器不跳機(jī)。

    8、寬電壓輸進(jìn)范圍：輸進(jìn)電壓在85％～115％，頻率在45Hz～55Hz波動范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作。電網(wǎng)電壓下降35仍可降額繼續(xù)運(yùn)行，電網(wǎng)電壓低于35時，變頻裝置將在一定的時間內(nèi)保護(hù)動作。模塊單元旁路后系統(tǒng)輸出額度功率的76。

    三、應(yīng)用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的效果

    1、節(jié)能效果明顯

    設(shè)備名稱額定功率工頻運(yùn)行功率變頻運(yùn)行功率年節(jié)約電量年節(jié)約電費(fèi)節(jié)電率

    引風(fēng)機(jī)1000KW834KW500.4KW1921536KW48萬元40

    一次風(fēng)機(jī)1400KW1275KW790.5KW2790720KW69.77萬元38

    年運(yùn)行時間按8個月計算，電費(fèi)為：0.25元/kwh

    根據(jù)石家莊電廠的實際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明在風(fēng)機(jī)改造高壓變頻后節(jié)能效果明顯，2年不到就收回了投資。

    2、變頻改造后，實現(xiàn)電機(jī)軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑，延長電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。

    3、改善了工藝。投進(jìn)變頻器后風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行職員可以自如的調(diào)控，風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到了改善，進(jìn)步了效率，取得節(jié)能效果。大

    4、減少閥門機(jī)械和風(fēng)機(jī)葉輪的磨損。安裝變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作在比原來定速時低，大大減少了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少了風(fēng)機(jī)振動。延長風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省檢驗用度和時間。

    5、功率因數(shù)由原來的0.8左右進(jìn)步到0.95以上，不僅省往了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，而且減少了線路損耗。

    四、結(jié)束語

    在河北華電石家莊熱電一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)采用SH-HVF-Y6K型高壓變頻器，不但操縱方便、輕易、維護(hù)量小，而且有明顯的節(jié)能效果。通過SH-HVF高壓變頻器在河北華電石家莊熱電的應(yīng)用，增強(qiáng)了運(yùn)行的安全可靠性，改善了系統(tǒng)工藝，又達(dá)到較好的節(jié)能效果，再次驗證了高壓變頻器在風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方面是值得推廣的。