摘要：本文介紹了在6kv廠用電在特殊運(yùn)行方式下，脫硫裝置重要設(shè)備增壓風(fēng)機(jī)單相接地電壓保護(hù)及差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘故障，具體敘述了故障處理'>故障處理過程，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了原因分析。

關(guān)鍵詞：脫硫增壓風(fēng)機(jī)；故障處理'>故障處理；原因分析

1　概況

重慶發(fā)電廠煙氣脫硫項(xiàng)目是引進(jìn)德國(guó)政府貸款和先進(jìn)技術(shù)的示范工程， 該項(xiàng)目安裝一套供兩臺(tái)670 t / h 鍋爐共用的濕法石灰石―石膏脫硫系統(tǒng)，是我國(guó)目前火電廠運(yùn)行中規(guī)模最大的煙氣脫硫裝置。脫硫項(xiàng)目電氣一、二設(shè)備和DCS控制系統(tǒng)為全套引進(jìn)德國(guó)設(shè)備，DCS控制系統(tǒng)軟件和繼電保護(hù)裝置為德國(guó)西門子公司產(chǎn)品。脫硫裝置處理煙氣量160萬Nm³ / h，硫脫效率達(dá)到95 %以上，該工程自2000年底建成投進(jìn)使用，它投運(yùn)后極大地減少了燃煤煙氣中二氧化硫的排放量，使排放的二氧化硫量年減少5萬噸以上，為降低重慶主城區(qū)空氣的二氧化硫含量做出了重大貢獻(xiàn)，發(fā)揮出了積極的環(huán)保效益與社會(huì)效益。

2　脫硫裝置電氣一次結(jié)線簡(jiǎn)介

脫硫裝置電氣一次結(jié)線圖如圖1所示：

            #2機(jī)6kv B段                                               脫硫6kv B段

                                 YH                        YH

         #2-2給水泵          灰場(chǎng)電源               漿液循環(huán)泵              增壓風(fēng)機(jī)

2500 kw         1000 KVA                    950 kw               3510 kw

脫硫變接于#2發(fā)電機(jī)出口，正常運(yùn)行方式為脫硫變供脫硫FGDA、B段。因脫硫系統(tǒng)為兩臺(tái)機(jī)組共用，當(dāng)#2機(jī)停運(yùn)時(shí)，將出現(xiàn)如圖1所示高備變B分支同時(shí)供#2機(jī)6kvB段和脫硫6kvB段的特殊運(yùn)行方式。

3　脫硫增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行中兩次故障跳閘情況

3.1　單相接地電壓保護(hù)動(dòng)作增壓風(fēng)機(jī)跳閘

（1）故障現(xiàn)象

a 脫硫電源系統(tǒng)正常運(yùn)行，增壓風(fēng)機(jī)跳閘；

b 脫硫6kvB段電壓互感器YH柜上XU1-E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1-E”點(diǎn)亮報(bào)警；

c 增壓風(fēng)機(jī)開關(guān)柜上7UT51電流差動(dòng)保護(hù)和7SJ600限時(shí)過流保護(hù)沒有報(bào)警信號(hào)；

d #2機(jī)6kvB段電壓互感器YH柜上盡緣監(jiān)察繼電器XJJ未動(dòng)作報(bào)警。

（2）處理過程

根據(jù)上述現(xiàn)象，首先按照運(yùn)行規(guī)程對(duì)增壓風(fēng)機(jī)電氣一次設(shè)備進(jìn)行全面外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，然后停電丈量電機(jī)帶電纜對(duì)地的盡緣電阻和吸收比合格，初步判定增壓風(fēng)機(jī)電氣一次設(shè)備沒有故障點(diǎn)。同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)在增壓風(fēng)機(jī)期間，XU1-E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1- E”仍然點(diǎn)亮報(bào)警，因此，對(duì)照單相接地電壓保護(hù)整定值（12.0V），進(jìn)行實(shí)測(cè)電壓互感器YH二次開口三角形繞組U_e―U_n端子的零序電壓3U₀，實(shí)測(cè)零序電壓3U₀=13.80V ，推斷保護(hù)正確動(dòng)作，系統(tǒng)存在單相接地點(diǎn)，必須及時(shí)進(jìn)行查找。

按照規(guī)程規(guī)定的順序，停運(yùn)脫硫6kvB段上所有的負(fù)荷，沒有找到故障點(diǎn)；對(duì)電壓互感器YH和6kvB段母線停電測(cè)盡緣電阻，仍然沒有發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)�；謴�(fù)脫硫6kvB段母線運(yùn)行后，XU1- E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1- E”再次點(diǎn)亮報(bào)警，經(jīng)過電氣專業(yè)組研究討論，以為德國(guó)專家整定保護(hù)定偏小，由于我廠整定的#2機(jī)組6kvB段單相接地盡緣監(jiān)察電壓繼電器定值3U₀=15.0V，因此將XU1-E接地故障繼電器定值3U₀由12.0 V調(diào)整到16.0V。定值調(diào)整后，啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行92分鐘，單相接地電壓保護(hù)動(dòng)作增壓風(fēng)機(jī)再次發(fā)生跳閘，故障現(xiàn)象與第一次相同。

在不到2個(gè)小時(shí)之內(nèi)，發(fā)生單相接地電壓保護(hù)動(dòng)作增壓風(fēng)機(jī)2次跳閘，增壓風(fēng)機(jī)電氣一次設(shè)備進(jìn)行全面外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常電氣專業(yè)組研究討論決定，在第一次檢查的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大檢查范圍，對(duì)脫硫6kvB段和#2機(jī)組6kvB段電壓互感器YH二次主繞組和開口三角形繞組的電壓進(jìn)行實(shí)測(cè)，其數(shù)據(jù)記錄如下表1：

表1　電壓互感器YH二次側(cè)相電壓、零序電壓實(shí)丈量值

根據(jù)表1的丈量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)三相對(duì)地電壓幅值不平衡，說明系統(tǒng)存在C相對(duì)地盡緣下降或經(jīng)過電阻接地故障，由于第一次已經(jīng)對(duì)增壓風(fēng)機(jī)和脫硫6kvB段上所有設(shè)備進(jìn)行了全面檢查和必要的試驗(yàn)，因此，發(fā)生第二次跳閘重點(diǎn)應(yīng)檢查#2機(jī)6kvB段上的設(shè)備。按照運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的順序在，對(duì)#2機(jī)6kvB段上的負(fù)荷逐一停電查找接地故障點(diǎn)，當(dāng)斷開灰場(chǎng)電源時(shí)，XU1-E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1-E”報(bào)警熄滅，丈量脫硫6kvB段YH二次開口三角形3U₀下降到9.38V，然后丈量#2機(jī)6kvB段YH二次開口三角形3U₀下降到6.17V，接近正常情況下的零序電壓值，推斷C相接地故障點(diǎn)已經(jīng)找到，啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)投運(yùn)正常。灰場(chǎng)電源停電通過測(cè)測(cè)盡緣電阻和進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭C相對(duì)地盡緣分歧格，引起C相經(jīng)過渡電阻單相接地故障。

（3）原因分析

6kv電源系統(tǒng)為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)零序電壓，使故障相對(duì)電壓降低，非故障相對(duì)地電壓升高1--倍。根據(jù)表1丈量數(shù)據(jù)，假定A、B、C三相對(duì)地電壓相位對(duì)稱，利用三相相量對(duì)稱分量法計(jì)算3U₀如下：

設(shè)脫硫6kvB段YH二次相電壓_a1 = 69.34∠0⁰ ，_b1 = 69.18∠-120⁰ ，_c1 = 50.62∠120⁰；

設(shè)#2機(jī)6kvB段YH二次相電壓_a2 = 59.72∠0⁰ ，_b2 =59.53∠-120⁰ ， _c2 = 49.16∠120⁰。

3₀₁ =（_a1+_b1+_c1）                                   _{C1        C-D}

= （69.34∠0⁰+ 69.18∠-120⁰ + 50.62∠120⁰）                         

=18.64∠-59.6⁰ 。                                          D      ₀₁

3₀₂  =（_a2+_b2+_c2）                                        N

= （59.72∠0⁰+ 59.53∠-120⁰ + 49.16∠120⁰）  _{B ?D    B1            A1      A -D}

=14.52∠-77.9⁰。                             圖1  C相經(jīng)過渡電阻接地電壓相量圖

計(jì)算3U₀結(jié)果表明與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)接近，繪制相量如圖1。

由于6kv中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)短路電流很小且線電壓平衡，不影響供電，一般情況下答應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行1-2h，在答應(yīng)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行職員轉(zhuǎn)移負(fù)荷，切換設(shè)備，逐一斷開各個(gè)負(fù)荷查找故障點(diǎn)，這對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)是有利的。因此，我國(guó)通常在6kv母線電壓互感器YH二次側(cè)裝設(shè)盡緣監(jiān)察裝置，利用單相接地是三相對(duì)地電壓的變化和開口三角形繞組出現(xiàn)零序電壓，過壓繼電器動(dòng)作發(fā)出“6kv母線接地信號(hào)”，運(yùn)行職員根據(jù)盡緣監(jiān)察裝置三相電壓指示，判定故障相，盡緣監(jiān)察裝置接線圖如圖3。

德國(guó)西門子公司對(duì)6kv中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)電機(jī)保護(hù)的設(shè)計(jì)理念與我國(guó)有區(qū)別，當(dāng)6kv系統(tǒng)三相對(duì)地電壓不平衡超過一定范圍，單相接地故障保護(hù)動(dòng)作將切除重要電機(jī)運(yùn)行，防止重要電機(jī)定子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地?zé)龘p鐵芯，其單相接地故障保護(hù)接線圖如圖2。但是由于6kv中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)重要電機(jī)零序電流保護(hù)靈敏性受運(yùn)行方式的影響，選擇性的切除故障受多個(gè)因素制約，脫硫裝置6kv電機(jī)保護(hù)仍然不夠完善，在特殊運(yùn)行方式增壓風(fēng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)上述單相接地故障保護(hù)動(dòng)作非選擇性切除的情況。

     A    B   C                                                   A    B   C    XJJ 至接地報(bào)警信號(hào)

          a   b   c         A₁     A₃

             U_e          U_n                         24 跳閘接點(diǎn)                          V_A

                                  22                                            V_B

圖2 ，XU1-E接地故障繼電器接線圖                   圖3，6kv母線盡緣監(jiān)察裝置接線圖

3.2  #2機(jī)-2給水泵啟動(dòng)過程中增壓風(fēng)機(jī)跳閘

（1）故障現(xiàn)象

a 脫硫電源系統(tǒng)正常運(yùn)行，增壓風(fēng)機(jī)跳閘；

b 脫硫6kvB段電壓互感器YH柜上XU1-AC-AC過壓、欠壓繼電器未動(dòng)作報(bào)警；

c 增壓風(fēng)機(jī)開關(guān)柜上7UT51電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作報(bào)警信號(hào)。

（2）處理過程

在#2機(jī)組A級(jí)檢驗(yàn)鍋爐作水壓#2機(jī)-2給水泵啟動(dòng)過程中，增壓風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，根據(jù)上述現(xiàn)象，首先按照運(yùn)行規(guī)程對(duì)增壓風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)的電氣一次設(shè)備進(jìn)行全面外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，然后停電丈量電機(jī)帶電纜對(duì)地的盡緣電阻和吸收比合格，檢查校驗(yàn)差動(dòng)保護(hù)裝置正常，判定增壓風(fēng)機(jī)電氣一次設(shè)備沒有相間短路故障點(diǎn)，啟動(dòng)增壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。鍋爐作水壓過程中停運(yùn)給水泵消缺后，再次啟動(dòng)#2機(jī)-2給水泵時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)再次動(dòng)作跳閘。再次對(duì)增壓風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)的電氣一次設(shè)備和差動(dòng)保護(hù)回路進(jìn)行全面檢查試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常。

針對(duì)#2機(jī)-2給水泵啟動(dòng)過程中，增壓風(fēng)機(jī)差動(dòng)保護(hù)2次動(dòng)作跳閘的異常情況，初步定性分析是由于給水泵電機(jī)啟動(dòng)過程中引起脫硫6kvB段電壓忽然降低，增壓風(fēng)機(jī)電流忽然升高，差動(dòng)保護(hù)因兩側(cè)電流互感器特性差異，不平衡電流增加產(chǎn)生差動(dòng)電流超過保護(hù)整定值，導(dǎo)致保護(hù)出口跳閘。通過初步定性分析，將差動(dòng)保護(hù)電流整定值由0.1I_N調(diào)整到0.3I_N，投運(yùn)增壓風(fēng)機(jī)正常后，啟動(dòng)#2機(jī)-2給水泵進(jìn)行試驗(yàn)，脫硫6kvB段電壓瞬時(shí)由6.20 kv下降至5.40kv降低，增壓風(fēng)機(jī)電流忽然升高，差動(dòng)保護(hù)沒有發(fā)生誤動(dòng)作跳閘。

（3）原因分析

增壓風(fēng)機(jī)電流差動(dòng)保護(hù)為7UT51型微機(jī)數(shù)字式繼電保護(hù)裝置，出口跳閘邏輯圖4所示，在電機(jī)啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電流為4―7倍額定電流，可能引起電流互感器飽和，特別是兩側(cè)電流互感器飽和程度不相同時(shí)，保護(hù)裝置可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)大的差動(dòng)電流，假如Idiff/Istab導(dǎo)致一個(gè)位于工作特性曲線跳閘區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn)，不采取閉鎖措施，保護(hù)裝置就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳閘信號(hào)。為進(jìn)步保護(hù)靈敏性，7UT51差動(dòng)繼電器差整定值較低（0.1I_N），跳閘邏輯回路中采取閉鎖措施防止誤動(dòng)，閉鎖時(shí)間T> 增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間T_qd。啟動(dòng)過程假如發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)或相間短路故障，將由增壓風(fēng)機(jī)7SJ551微機(jī)數(shù)字式過流保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障。但是，在#2機(jī)組停機(jī)的特殊運(yùn)行方式下，#2機(jī)-2給水泵啟動(dòng)過程中，脫硫6kvB段電壓由瞬時(shí)由6.20 kv下降至5.40kv，啟動(dòng)時(shí)間5―7s，增壓風(fēng)機(jī)電流忽然升高，差動(dòng)保護(hù)裝置因不平衡電流增加產(chǎn)生差動(dòng)電流會(huì)超過保護(hù)整定值，這種特殊情況下保護(hù)不能閉鎖出口，增壓風(fēng)機(jī)將發(fā)生誤動(dòng)作跳閘。

                                其他相

                                                   其他相

電機(jī)啟動(dòng)閉鎖跳閘

圖4  增壓風(fēng)機(jī)電流差動(dòng)保護(hù)7UT51跳閘邏輯圖

4　措施和對(duì)策

1、脫硫6kvB段單相接地保護(hù)定值與#2機(jī)6kvB段母線盡緣監(jiān)察裝置定值可靠配合，將XU1-E接地故障繼電器定值3U₀由16.0 V調(diào)整到20.0V。盡量避免盡緣監(jiān)察裝置未動(dòng)作報(bào)警的情況下，單相接地保護(hù)動(dòng)作增壓風(fēng)機(jī)跳閘。

2、增壓風(fēng)機(jī)電流差動(dòng)保護(hù)定值由0.1I_N適當(dāng)調(diào)高至0.3I_N，防止脫硫6kvB段電壓忽然降低引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與運(yùn)行. 華中工學(xué)院主編. 水利電力出版社1989

[2] 電力系統(tǒng)故障分析. 華北電力學(xué)院主編 . 電力產(chǎn)業(yè)出版社1979

[3] Chong Qing Power Plant FGD Protection Manual.2000(4)

1 引言 
　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各行各業(yè)煤炭的需求量也越來越大,各大型煤炭企業(yè)紛紛開辟新的礦井來擴(kuò)大規(guī)模,并且利用各種技術(shù)降低生產(chǎn)本錢，因此變頻器在煤炭行業(yè)的需求也就越來越大。
　　主扇風(fēng)機(jī)是煤礦透風(fēng)系統(tǒng)中最重要的一部分，它可以說是每一個(gè)井下工作職員的呼吸要道，因此它也是煤礦安全生產(chǎn)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來，礦井主扇風(fēng)機(jī)的功率都比較大，而且一天24小時(shí)不中斷運(yùn)行，礦井所需的風(fēng)量都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板或葉片角度來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)反風(fēng)及開采后期運(yùn)行工況要求，所設(shè)計(jì)的透風(fēng)機(jī)及拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率，通常遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運(yùn)行功率。風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量特別大，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行，因此，煤礦透風(fēng)系統(tǒng)中存在著極為嚴(yán)重的大馬拉小車現(xiàn)象，能源浪費(fèi)非常突出。

2 現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)介 
　　崔莊煤礦位于山東省濟(jì)寧市微山縣，其主扇風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)著整個(gè)礦井的透風(fēng)任務(wù)，要求安全穩(wěn)定性極高，由于風(fēng)機(jī)一旦停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)就將造玉成礦無法正常生產(chǎn)，控制方式采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度的大小來調(diào)整風(fēng)量，這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門節(jié)流損失消耗掉了。不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，從而導(dǎo)致生產(chǎn)本錢增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修用度高居不下，針對(duì)這種情況，礦領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過論證，最后決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37系列的高壓變頻調(diào)速器，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如圖1所示：

圖1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

3 風(fēng)光高壓變頻器的突出特點(diǎn)
（1）采用高速DSP（TMS320F2812）作為中心處理器，運(yùn)算速度更快，讓控制更精準(zhǔn)。系統(tǒng)升級(jí)更方便。
（2）飛車啟動(dòng)功能：能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。
（3）瞬間掉電再啟動(dòng)功能：運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電三秒鐘內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
（4）線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（采用中性點(diǎn)漂移技術(shù)）：變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，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(dòng)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。
（5）單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)（專利號(hào)ZL 2003 2 0107356.2 ），可以將其使用壽命進(jìn)步一倍；高壓提升機(jī)產(chǎn)品采用了更長(zhǎng)壽命的電力電容。
（6）運(yùn)行過程中外部頻率給定信號(hào)出現(xiàn)故障（短路或開路），整機(jī)維持故障前的運(yùn)行頻率不變，并能給出報(bào)警信號(hào)。
（7）單元串聯(lián)多重化結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)。這樣IGBT承受電壓較低，可以有較寬的過壓范圍（≥1.15Ue），設(shè)備可靠性更高。
（8）具有雙路AC控制電源，一路為干式變壓器變壓以后的AC電源，一路為外部控制電源，這樣在調(diào)試過程中，無需加進(jìn)高壓主電，就可以檢測(cè)輸出波形的正常與否。對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試以及職員培訓(xùn)很方便，同時(shí)也大大進(jìn)步了培訓(xùn)和運(yùn)行的安全性。

4 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)
　　電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下表1所示：
表1：

5 變頻改造前存在的題目
    （1）原工礦使用的為轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)方式，啟動(dòng)不穩(wěn)定，造成了大的機(jī)械沖擊，導(dǎo)致電機(jī)壽命大大降低；
    （2）轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)復(fù)雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機(jī)電刷輕易損壞，維護(hù)工作量大；
    （3）啟動(dòng)時(shí)電流過大，對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性；
    （4）主扇風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上余量大，主扇風(fēng)機(jī)一直處在較輕負(fù)載下運(yùn)行，由于采用檔板調(diào)節(jié)，因此造成能源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)本錢；
    （5）自動(dòng)化程度低，影響整體系統(tǒng)安全性。

6 變頻控制方案
　　為了滿足安全生產(chǎn)，選用一套6KV變頻調(diào)速器，通過切換，可以在變頻器故障狀態(tài)下，切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，其主回路如下圖2所示：

圖2 主回路圖

圖3 功率單元主回路

　　高質(zhì)量電源輸進(jìn)：輸進(jìn)側(cè)隔離變壓器二次線圈經(jīng)過移相，為功率單元提供電源對(duì)于6KV而言相當(dāng)于30脈沖不可控整流輸進(jìn)，消除了大部分由單個(gè)功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波（尤其是低次諧波）的產(chǎn)生。變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》對(duì)諧波含量最嚴(yán)格要求，無需安裝輸進(jìn)濾波器并保護(hù)周邊設(shè)備免受諧波干擾。正常調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)大于0.96。無需功率因數(shù)補(bǔ)償電容，減少無功輸進(jìn)，降低供電容量。
　　完美的輸出性能：?jiǎn)卧�脈寬調(diào)制疊波輸出， 6KV系列每相5個(gè)單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波，其輸出波形如下圖4所示：

圖4 變頻器輸出波形

7 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
　　崔莊礦選用型號(hào)JD-BP37-400F風(fēng)光變頻器，于2008年10月20日開始安裝調(diào)試，2008年10月25日一次性投運(yùn)成功。變頻運(yùn)行后，風(fēng)門全部打開，運(yùn)行頻率43Hz，運(yùn)行電流24A，負(fù)壓1700Pa,不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求,而且用戶操縱非常方便。變頻器運(yùn)行非常穩(wěn)定。

8 節(jié)能計(jì)算
      按工頻和變頻運(yùn)行實(shí)際電流計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)取2008年技術(shù)測(cè)定：
    工頻運(yùn)行時(shí)，風(fēng)門開度為2m左右，運(yùn)行電流在43A。
    工頻運(yùn)行時(shí)功率和一天耗電量：
    P1= 1.732×6×43×0.77=344.08KW   
    N1=344.08×24=8257.90KW•h。
    變頻器運(yùn)行時(shí)，風(fēng)門全開，運(yùn)行電流在24A，由變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)速度來滿足風(fēng)量要求。
    變頻運(yùn)行時(shí)功率和一天耗電量：
    ,通風(fēng)換氣次數(shù);P2=1.732×6×24×0.958=238.93KW   
    N2=238.93×24=5734.32KW•h。
    節(jié)電率：
    （N1-N2）/N1=（8257.90-5734.32）/8257.90=30%。
    節(jié)約電費(fèi)計(jì)算：
    以該礦電價(jià)0.6元/ KW•h計(jì)算，工頻24小時(shí)耗電費(fèi)： 
    8257.90×0.6=4954.74元。
    變頻24小時(shí)耗電費(fèi)：
    5734.32×0.6=3440.59元。
    變頻改造后，日節(jié)約電費(fèi)：
   4954.74-3440.59=1514.15元。
    一年以300天為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)：
    1514.15×300=454244.4元。

9 其他效益
  （1）實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，減小啟動(dòng)沖擊，降低維護(hù)用度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；
  （2）系統(tǒng)安全、可靠，具有變頻故障轉(zhuǎn)工頻功能，確保風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行；
  （3）控制方便、靈活，自動(dòng)化水平高；
  （4）輸進(jìn)諧波含量小，不對(duì)電網(wǎng)造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項(xiàng)目的普通異步電動(dòng)機(jī)；
  （5）界面全為純中文操縱，非常符合國(guó)人特點(diǎn)；
  （6） 安全保護(hù)功能齊全，除了過壓、過熱、過載、短路等自身保護(hù)功能外，還設(shè)有外圍連鎖保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)步了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性；  
  （7）采集各臺(tái)扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工藝參數(shù)、電器參數(shù)、電氣設(shè)備運(yùn)行的狀況。
       主扇風(fēng)機(jī)可由PLC進(jìn)行控制，嚴(yán)格按控制程序進(jìn)行控制，并對(duì)扇風(fēng)機(jī)正常切換和故障切換進(jìn)行控制和操縱指導(dǎo)，且在控制柜實(shí)現(xiàn)硬件閉鎖控制。
       在控制站顯示扇風(fēng)系統(tǒng)工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報(bào)警參數(shù)表等。
   ,負(fù)壓風(fēng)機(jī)廠家直供;    自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫，對(duì)于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動(dòng)天生趨勢(shì)曲線。
       當(dāng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，利用運(yùn)行記錄的曲線對(duì)故障進(jìn)行分析和處理。
       在條件具備時(shí)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控，達(dá)到“無人值守”。

10 結(jié)束語
    崔莊煤礦主扇風(fēng)機(jī)經(jīng)過變頻改造之后,不僅達(dá)到了良好的節(jié)能效果,并且使整套透風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)步了一個(gè)大臺(tái)階。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排工作的越來越重視，煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)本錢，其中變頻技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，適應(yīng)了國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的潮流。

　　1 引言

　　中國(guó)政府在第十到第十一個(gè)“五年計(jì)劃”的節(jié)能計(jì)劃中，把“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能”列為重中之重，“發(fā)展電機(jī)調(diào)速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術(shù)”，“逐步實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行”。另一方面，國(guó)家計(jì)委在“十五”計(jì)劃綱要中明確提出了要“改變產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)方式”，“鼓勵(lì)采用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”，指出一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要基礎(chǔ)是國(guó)家的裝備制造業(yè)，提出“大力振興裝備制造業(yè)”的重要指導(dǎo)思想，“大力推進(jìn)機(jī)電一體化”，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

　　從2005年中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)主辦的中國(guó)電力論壇上獲悉，目前我國(guó)的電力裝機(jī)容量達(dá)到4.4億kw，其中有3.25億kw是火電，火電的發(fā)電量占到總發(fā)電量的82.6％。而且，火電比重過大的局面今后可能進(jìn)一步加劇�；痣姀S中的各類輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)水泵類設(shè)備占了盡大部分，蘊(yùn)躲著巨大的節(jié)能潛力。

　　河南鶴壁同力電廠兩臺(tái)機(jī)組2×300mw采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的dg1025/18.2-ii12型自然循環(huán)汽包爐，風(fēng)煙系統(tǒng)采用雙引風(fēng)機(jī)、雙送風(fēng)機(jī)，冷一次風(fēng)機(jī)熱風(fēng)送粉形式。風(fēng)機(jī)型號(hào)分別為 fta19-9.5-1、sfg-17.5f-c5a型。配置功率分別為2800kw、630kw、710kw 電壓為6kv的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，送風(fēng)機(jī)采用動(dòng)葉調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)采用靜葉調(diào)節(jié)，一次風(fēng)機(jī)工頻采用進(jìn)口擋板調(diào)節(jié)，這種配置的缺點(diǎn)是擋板兩側(cè)風(fēng)壓差造成節(jié)流損失，同時(shí)風(fēng)機(jī)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大力矩電機(jī)執(zhí)行器易出故障，風(fēng)機(jī)自動(dòng)率較低。

　　本次變頻改造針對(duì)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的四臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，經(jīng)我廠多方面考察，終極采用東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的變頻器，型號(hào)為dfvecrt-mv-900/6c變頻器，共四套。目前經(jīng)過對(duì)變頻器的調(diào)試運(yùn)行、驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期效果，安裝工藝、操縱控制都有了突破性進(jìn)展。

　　2 采用變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理

　　2.1 風(fēng)機(jī)水泵的有關(guān)理論

　　由電機(jī)學(xué)原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與電源頻率f1、磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系式為:

　　n0=60f1/p (r/min)
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s的定義式為:
s=(n0－n)/n0=1－n/n0
則可得異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:
n=n0(1－s)=(1－s)60f1/p

　　可見，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可通過改變電源頻率的方式來實(shí)現(xiàn)，該調(diào)速的方法即為變頻調(diào)速。

　　2.2 風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速節(jié)能

　　由于火電機(jī)組調(diào)峰力度的加大，這些機(jī)組的負(fù)荷變化范圍很大，必須實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的流量。目前調(diào)節(jié)流量的方式多為節(jié)流閥調(diào)節(jié)，由于這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變了通道的通流阻抗，而電動(dòng)機(jī)的輸出功率并沒有多大改變，所以浪費(fèi)了大量的能源。由于流量與轉(zhuǎn)速成正比，假如風(fēng)性能在調(diào)速狀態(tài)下運(yùn)行，則可將風(fēng)機(jī)擋板全開，使風(fēng)道的阻力減小至最小，通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)整風(fēng)量，此時(shí)風(fēng)機(jī)可以始終處于高效點(diǎn)運(yùn)行。而由于風(fēng)機(jī)消耗的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以通過降低轉(zhuǎn)速以減少流量來達(dá)到節(jié)流目的時(shí)，所消耗的功率將降低很多。由于我國(guó)在電力設(shè)計(jì)規(guī)程上的種種原因，給水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等以及其配套的大電機(jī)都存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象。所以改造風(fēng)機(jī)為調(diào)速運(yùn)行，能帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。

　　3 單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器的基本原理

　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　dfcvert-mv系列無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器是采用直接“高-高”的變換形式，由多個(gè)功率單元構(gòu)成多重化串連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)單元輸出固定的低壓電平，再由多個(gè)單元串聯(lián)疊加為所需的高壓。以6kv每相六單元串聯(lián)為例,電壓疊加如圖1所示，變頻器電路原理示意圖如圖2所示。每相由6個(gè)相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為3464v。每個(gè)功率單元輸出有效值ve＝577v，峰值輸出電壓 。

圖1 6kv變頻器電壓疊加示意圖

　　多重化串聯(lián)結(jié)構(gòu)使用低壓器件實(shí)現(xiàn)了高壓輸出，降低了對(duì)功率器件的耐壓要求。它對(duì)電網(wǎng)諧波污染非常小，輸進(jìn)電流諧波畸變率小于4%，滿足了ieee519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)的要求;輸進(jìn)功率因數(shù)高，不必采用輸進(jìn)諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置;輸出波形接近正弦波，不存在輸出諧波引起的電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等題目，對(duì)普通異步電機(jī)不必加輸出濾波器就可以直接使用。

圖2 6級(jí)6kv變頻器電路原理示意圖

　　3.2 功率單元

　　功率單元主要由輸進(jìn)熔斷器、三相全橋式整流器、預(yù)充電回路、電容器組、igbt逆變橋、直流母線和旁通回路構(gòu)成，同時(shí)還包括電源、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)監(jiān)測(cè)、通訊等組件組成的控制電路。單元結(jié)構(gòu)如圖3所示。各功率單元具有完全相同的結(jié)構(gòu)，有互換性。

　　功率單元由移相變壓器的一組副邊供電，通過三相全橋整流器將交流輸進(jìn)整流為直流，并將能量?jī)?chǔ)存在電容組中。電容器組根據(jù)單元電壓選擇并聯(lián)或串連，如母線電壓為815v，則將三組電容串連起來以滿足耐壓要求，每組電容器根據(jù)單元容量的大小選擇并聯(lián)個(gè)數(shù)。控制部分通過冗余設(shè)計(jì)的電源板從直流母線上取電，接收主控系統(tǒng)發(fā)送的pwm信號(hào)并通過控制igbt的工作狀態(tài)，輸出pwm電壓波形。

　　監(jiān)控電路實(shí)時(shí)監(jiān)控igbt和直流母線的狀態(tài)，將狀態(tài)反饋回主控系統(tǒng)。在單元出現(xiàn)重故障時(shí)，主控將打開功率單元的旁通回路，使單元進(jìn)進(jìn)旁通狀態(tài)，避免整個(gè)變頻器停機(jī)。

　　每個(gè)單元輸出pwm波，將每相n個(gè)功率單元的輸出電壓疊加，產(chǎn)生多重化的相電壓波形，使相電壓產(chǎn)生出2n+1個(gè)電壓臺(tái)階，6個(gè)功率單元輸出的pwm波形及疊加之后的相電壓波形如圖4所示。

　　3.3 移相變壓器

　　移相變壓器電氣原理如圖5所示: 變壓器（以輸進(jìn)6kv變壓器為例）原邊繞組為6kv,副邊共18個(gè)繞組分為三相。每個(gè)繞組為延邊三角形接法，分別有±5o、±15o、±25o等移相角度，每個(gè)繞組接一個(gè)功率單元。這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。因此，采用移相變壓器進(jìn)行隔離降壓，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的諧波干擾。

圖3 變頻器功率單元

圖4-1 變頻器一次原理圖

圖4 變頻器的單元輸出波形及相電壓疊加波形

圖5 移相變壓器柜電氣原理圖

　　4 可靠性分析

　　設(shè)備改造原則上應(yīng)以最可靠的系統(tǒng)、最少的投進(jìn)、最短的時(shí)間、帶來最好的效益為目標(biāo)。當(dāng)然可靠性始終還是要放在首位，為了保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，筆者為變頻器配備了工頻和變頻自動(dòng)切換功能。當(dāng)變頻器需正常檢驗(yàn)或故障時(shí)，變頻器可自動(dòng)切換到工頻旁路運(yùn)行;當(dāng)變頻器正常檢驗(yàn)完成后，電動(dòng)機(jī)可在工頻旁路運(yùn)行的情況下自動(dòng)投進(jìn)變頻運(yùn)行。具體的系統(tǒng)如圖6所示。我們通過現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)的試驗(yàn)證實(shí)，整個(gè)切換過程在幾秒中內(nèi)即可完成，對(duì)系統(tǒng)沒有任何擾動(dòng)，可保證系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行，整個(gè)改造沒有任何風(fēng)險(xiǎn)。

　　5 經(jīng)濟(jì)效益分析

　　由于在相同條件下風(fēng)壓和流量的大小與電機(jī)電流的大小成正比所以這里只用工頻運(yùn)行檔板調(diào)節(jié)時(shí)的電機(jī)電流和變頻調(diào)節(jié)時(shí)變頻器的輸進(jìn)電流作一比較，以說明節(jié)電效果。

　　在機(jī)組變工況運(yùn)行時(shí)電源側(cè)電流見表1（24次均勻值）。

表1 機(jī)組變工況運(yùn)行時(shí)電源側(cè)電流

　　以下公式可估算出節(jié)電的結(jié)果:

　　p= uicosφ
式中:p為電功率（kw）;
i為電流（a）;
u為電壓（v）;
cosφ-功率因數(shù)，一次風(fēng)機(jī)為0.84，變頻器為0.98。
根據(jù)p= uicosφ可得出計(jì)算結(jié)果如表2所示。

　　表2 計(jì)算結(jié)果

　　根據(jù)表2可得出#1爐可節(jié)電能421.2kw?h。

　　以上只是利用電流的變化做一比較，在實(shí)際運(yùn)用中各種運(yùn)行工況的不同節(jié)能效果也不一樣。所以實(shí)際節(jié)能和估算的結(jié)果會(huì)有一定的出進(jìn)，但從結(jié)果上看節(jié)能還是非常明顯的。

　　6 結(jié)束語

　　我廠#1爐變頻器自2005年安裝調(diào)試，2005年5月正式投進(jìn)運(yùn)行。在調(diào)試及運(yùn)行中變頻器經(jīng)歷了多種方式的考驗(yàn)，突破了變頻器與相關(guān)設(shè)備相匹配的各種難點(diǎn)，實(shí)踐證實(shí)高壓變頻裝置節(jié)能效果明顯，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，也減少了風(fēng)道的振動(dòng)�？傊畺|方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的變頻器在#1爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用是很成功的。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展作為大容量傳動(dòng)的國(guó)產(chǎn)高壓變頻調(diào)速技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，在電力行業(yè)對(duì)于很多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用變頻技術(shù)不僅可以取得相當(dāng)明顯的節(jié)能效果，而且也得到了國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后更多行業(yè)節(jié)能技術(shù)的方向。目前很多行業(yè)越來越多的職員對(duì)此都形成廣泛的共叫。