0 引言
      異步電動機是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調(diào)節(jié)，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。隨著廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電本錢，進(jìn)步發(fā)電企業(yè)競價上網(wǎng)的競爭能力，加強內(nèi)部治理，挖潛節(jié)能，是發(fā)電廠潛心研究的一件大事,廠房負(fù)壓風(fēng)機，2008年公司為進(jìn)一步落實“以保證安全生產(chǎn)，進(jìn)步設(shè)備健康水平，進(jìn)步經(jīng)濟效益為目標(biāo)，重點降低廠用電率”的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟增長模式，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)來改造傳統(tǒng)工藝的技術(shù)缺憾。采用高壓變頻器對高耗能用電電動機電源進(jìn)行技術(shù)改造成為我公司節(jié)能降耗、進(jìn)步效率的一個重要手段。不僅能降低廠用電，降低供電煤耗， 增大上網(wǎng)用電量帶來直接經(jīng)濟效益，而且能進(jìn)步機組安全可靠性．減少機組故障。
      2008年10月對引送風(fēng)機進(jìn)行改造，增設(shè)變頻調(diào)速裝置。通過變頻使風(fēng)機處于最佳運行狀態(tài)，可以達(dá)到節(jié)能降耗，減少機械的磨損，降低管路壓力損耗，并實現(xiàn)電機軟啟動，減少了電機啟動時的沖擊電流，能延長電機的使用壽命及對電網(wǎng)和變壓器的電流沖擊，節(jié)電，降低運行本錢。能大大進(jìn)步運行效率，達(dá)到節(jié)能目的。
1 變頻調(diào)速原理
　　   n＝60 f（1－s）/p        （1）
式中　n―――異步電動機的轉(zhuǎn)速；
         f―――異步電動機的頻率；
         s―――電動機轉(zhuǎn)差率；
　   　p―――電動機極對數(shù)。
　　由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。
　　變頻器主要采用交―直―交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。
2  改造前設(shè)備狀況
      我廠#1、2發(fā)電機組裝機容量為125MW，#1、2爐是北京巴威鍋爐廠生產(chǎn)的450 t/h自然循環(huán)汽包鍋爐，引送風(fēng)機兩臺雙側(cè)布置，風(fēng)機普遍采用高效離心式風(fēng)機，目前風(fēng)量調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)檔板來實現(xiàn)，沒有考慮到能源節(jié)約，全都采用直接啟動電機，壓力、風(fēng)量采用擋板調(diào)節(jié)的工作方式，風(fēng)機設(shè)計的出口壓力和風(fēng)量遠(yuǎn)高于生產(chǎn)工藝實際需要的壓力和風(fēng)量，風(fēng)道管路損耗嚴(yán)重。機組負(fù)荷低時，雙側(cè)風(fēng)機運行，系統(tǒng)整體效率低。
      引風(fēng)機為沈陽鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的型號為Y4-73-13No28D,左1350,右1350，。原動機功率1000KW，主軸轉(zhuǎn)速730r/min，流量138.89M3/S，3850Pa 。
      送風(fēng)機為沈陽鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的型號為G4-73-13No22D,左450/右450。原動機功率800KW，主軸轉(zhuǎn)速960r/min，流量72.5M3/S，6870Pa。
3 改造方案
      我公司#1、2爐引送風(fēng)機電機共8臺，原來全部采用工頻運行，對8臺風(fēng)機增設(shè)變頻調(diào)速裝置改造，采用一拖一加自動旁路的方式。將原引送風(fēng)機閥門調(diào)節(jié)的運行方式改為由變頻調(diào)速引送風(fēng)機調(diào)節(jié)流量的運行方式。當(dāng)變頻器故障或檢驗，可自動切至工頻運行。當(dāng)引送風(fēng)機變頻運行時在DCS界面上通過手操器調(diào)節(jié)引送風(fēng)機頻率往調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)引送風(fēng)機風(fēng)量的目的，同時保存原流量閥門調(diào)節(jié)方式，引送風(fēng)機變頻運行時閥門置于全開位置以減少節(jié)流損失。
      電氣系統(tǒng)改造是在原有6kV斷路器和電機之間加變頻調(diào)速系統(tǒng)和旁路開關(guān)柜經(jīng)高壓變頻器輸出為6kV變頻電源，給電機供電。每套高壓變頻器配備自動隔離旁路系統(tǒng)。
      自動隔離旁路開關(guān)柜由三個斷路器組成，分別是變頻器進(jìn)線斷路器1QF、變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF，6kV電源經(jīng)原斷路器至自動隔離旁路開關(guān)柜的變頻器斷路器1QF，經(jīng)變頻器后，再經(jīng)自動隔離旁路開關(guān)柜的變頻器出線斷路器2QF至風(fēng)機電動機。工頻斷路器3QF并接在變頻器進(jìn)線斷路器1QF、變頻器、變頻器出線斷路器2QF兩端。在變頻器處于“保護(hù)”狀態(tài)時，將自動斷開變頻器進(jìn)線斷路器1QF、變頻器出線斷路器2QF，將自動吸合工頻斷路器3QF，即實現(xiàn)自動旁路功能。如圖所示。變頻器出線斷路器2QF和工頻斷路器3QF由彼此的輔助節(jié)點實現(xiàn)互鎖功能，即：變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF不能同時吸合，變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF可以同時斷開。系統(tǒng)配置示意圖如下:

               旁路開關(guān)柜上安裝兩個選擇開關(guān)：（1）遠(yuǎn)程/本地選擇開關(guān)，遠(yuǎn)程時DCS可操縱變頻器，本地時可在就地操縱。（2）旁路手動/自動選擇開關(guān)，變頻器故障時自動旁路系統(tǒng)動作，同時發(fā)DI信號給DCS,假如自動旁路失敗再發(fā)DI信號給DCS,可選擇手動旁路操縱。
4 變頻改造后的風(fēng)機運行情況
      2008年9月2號機組大修和10月1號機臨修，利用此次停爐機會，將#1、2爐引送風(fēng)機8臺電機換型改造為北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT高壓變頻調(diào)速裝置，同時與DCS監(jiān)控系統(tǒng)連接，將變頻的各種技術(shù)參數(shù)、運行狀態(tài)、故障及報警等功能全部上傳到DCS，并通過DCS進(jìn)行遠(yuǎn)方控制啟動和停止，同時也能實現(xiàn)變頻就地控制功能。
      在DCS界面上風(fēng)機起停有兩種方式，一是變頻器一鍵啟動和一鍵停機（變頻器按照事先做好的邏輯順控啟動和停止），另一種是運行職員按照電氣設(shè)備給定的啟動順序點擊開關(guān)進(jìn)行操縱。通常運行職員采用一鍵啟動和一鍵停機，既簡單快捷又不輕易合錯開關(guān)，大大地方便了運行操縱。
      在變頻與工頻之間設(shè)有連鎖開關(guān)，一旦運行中發(fā)生變頻器故障，不需要運行職員操縱，變頻器將發(fā)送“變頻器故障”信號至DCS，變頻器自動切換到旁路工頻運行，并把旁路狀態(tài)信號發(fā)送給DCS。同時DCS邏輯自動將風(fēng)門迅速關(guān)到65%，此時運行職員參與調(diào)節(jié)，控制風(fēng)量風(fēng)壓正常，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。
      如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報警”信號至DCS，此時變頻器繼續(xù)運行，檢驗職員可到本地根據(jù)變頻器報警信號的信息排除隱患。
從2008年10月我廠變頻器投進(jìn)運行至今，變頻器運行正常。在機組帶80MW負(fù)荷情況下，從變頻切換為工頻，爐膛負(fù)壓變化不大，燃燒穩(wěn)定，運行工況可靠。
5 節(jié)能效益分析
      當(dāng)我們采用調(diào)節(jié)風(fēng)門檔板或閥門的開度大小來控制風(fēng)機、泵類負(fù)載的介質(zhì)流量時,觀察到這些風(fēng)機、泵類負(fù)載長期工作在額定轉(zhuǎn)速，不可避免使其能量有相當(dāng)部分會損失在檔板或閥門上。應(yīng)用風(fēng)機、泵類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能理論分析依據(jù)：當(dāng)用檔板或閥門開度來控制介質(zhì)流量的大小時管阻檔板曲線與功率P（陰影部分為輸出功率）變化（如圖1）。由曲線1到曲線2其介質(zhì)流量減少了，而功率卻沒有減少多少。而通過改變轉(zhuǎn)速n來調(diào)節(jié)介質(zhì)流量情況就不同了（如圖2）。

         調(diào)節(jié)閥門的H-Q曲線 （圖1）              調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的H-Q曲線 （圖2）
      調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時，H-Q曲線由曲線1到曲線2檔板開度100%時管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。（其中n1為調(diào)節(jié)前轉(zhuǎn)速，n2為調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)速）。
      數(shù)據(jù)收集
      為正確了解變頻改造后節(jié)能效果，我們收集了改造前后在機組帶90―100MW負(fù)荷時運行的相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)半年來的運行情況，機組負(fù)荷集中在90―100MW段，根據(jù)該負(fù)荷改造前的均勻運行參數(shù)，計算節(jié)能效果。改造前后數(shù)據(jù)收集如下表：

             5.2  節(jié)能計算 
     通過上表我們可以看出，同種工況下，風(fēng)機變頻運行時電流比工頻運行時電流小很多，節(jié)能效果非常明顯。
      根據(jù)流體力學(xué)理論，在理想狀態(tài)下風(fēng)機、泵類負(fù)載具有風(fēng)機的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2 ，風(fēng)機的壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比：H1/H2=（ n1/n2）²，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：P1/P2=（n1/n2）³的特性，根據(jù)這些特性，我們分別計算各臺風(fēng)機的節(jié)能效果。
      運行時間取320天（7680h），變頻器的效率97%，功率因數(shù)為0.86，運行電壓為6.1kV,電價為每度電0.236元。根據(jù)公式P= 進(jìn)行節(jié)能效果計算，如下表：

         6 直接經(jīng)濟效益分析： 
    1）根據(jù)以上條件計算，變頻運行方式較常規(guī)工頻運行方式節(jié)能效果比較明顯，節(jié)能幅度達(dá)50――60%左右。8臺風(fēng)機年節(jié)電功率為1790.85萬千瓦時，均勻節(jié)電率為56%。
    2）增加上網(wǎng)電價收進(jìn)=年節(jié)約量×上網(wǎng)電價（注明：我廠上網(wǎng)電價0.236元/KW•h ）
   ,車間排煙系統(tǒng);   每年增加上網(wǎng)電價收進(jìn)=1790.85萬kW•h×0.236元/kW•h =422.6萬元 
7  結(jié)論 
      在現(xiàn)場試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)公道論分析，我們確定了風(fēng)機的最佳的運行工況，使風(fēng)機變頻運行在最大節(jié)能工況下，為公司帶來更大的節(jié)能空間和效益。 
由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機經(jīng)常工作在低轉(zhuǎn)速下，因而大大減小了風(fēng)機葉輪的磨損，減少了風(fēng)機振動和軸承的磨損。延長了風(fēng)機的大修周期，節(jié)省了檢驗用度和時間。 
      同時由于工作時間不用調(diào)節(jié)風(fēng)門，避免了原來調(diào)節(jié)風(fēng)門時易發(fā)生的喘振現(xiàn)象對設(shè)備造成的損害。變頻調(diào)速系統(tǒng)可作為軟起動器，從而避免了直接起動時對電機沖擊的影響。
8  結(jié)束語
      高壓變頻裝置由于其節(jié)能效果明顯，特別是在低負(fù)荷時更為明顯，采用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了電機的軟起動，延長電機壽命，風(fēng)機擋板全開，也減少了風(fēng)道的振動與磨損。良好的節(jié)能效果，會愈來愈為電力系統(tǒng)所應(yīng)用，具有良好的使用價值，對建設(shè)節(jié)約型社會具有重要的意義。

        
參考文獻(xiàn)： 
1. HIVERT系列高壓變頻器使用說明書  北京合康       2007年4月
2. HIVERT系列高壓變頻器用戶手冊    北京合康       2007年4月