一、引言
　　全面建設節(jié)約型企業(yè)，大力開展節(jié)能降耗，以提升企業(yè)經(jīng)濟效益為目的，積極探索節(jié)能新途徑。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展進步，利用新技術(shù)來提高企業(yè)生產(chǎn)設備的管理水平和節(jié)能降耗工作是企業(yè)采取的有效措施。隨著國產(chǎn)高壓變頻器制造技術(shù)的不斷提高，整體造價的降低，高壓變頻器在電廠輔機中的應用已較為普遍，其安全穩(wěn)定性及節(jié)能性已達到或接近國外進口品牌變頻器。
二、輔機運行工況分析
1、鍋爐引風機
　　我公司#2爐為410T/H鍋爐，采用雙引風機式，風機型號為Y4-73N0.23.5F，配置功率為800kW，額定電壓為6kV的三相交流異步電動機，風門采用檔板調(diào)節(jié)，正常運行開度為50%左右，風機實際風量約為額定風量的一部分，風機遠離額定點運行，其實際運行效率很低，由于擋板的存在，形成檔板前后風壓差，造成節(jié)流損失，同時風機檔板執(zhí)行機構(gòu)為大力矩電動執(zhí)行機構(gòu)，故障較多，風機自動率較低。
2、鍋爐給水泵
　　我公司汽水系統(tǒng)為公用母管式，采用4臺給水泵并聯(lián)運行，正常運行工況為3臺工作，1臺備用。其中#1、#2給水泵電機的額定功率為3200KW，額定電壓為6KV，采用液力耦合器帶動給水泵；#3、#4給水泵電機的額定功率為2800KW，額定電壓6KV，為電機直接帶動給水泵運行的定速泵。由于#3或#4給水泵運行時，出口壓力高，為防止過負荷運行，導致其它兩臺液力耦合器給水泵只能提高出口壓力，使給水母管壓力達到13.5MPa，而正常運行時的汽包壓力為9.4MPa，與正常汽包壓力之間的差別約為4.0MPa。不僅浪費了大量的電能，較高的水壓還對管道、水泵葉輪和閥門造成損害。
　　為解決以上情況，我們對電廠輔機設備鍋爐引風機、給水泵進行變頻調(diào)速技術(shù)改造，已達到節(jié)約能源、降低損耗，提高設備使用壽命，優(yōu)化工藝控制的目的。現(xiàn)就改造過程中的一些工作情況介紹如下。
三、輔機變頻改造節(jié)能分析
1、鍋爐引風機
　　利用變頻器作為風量的調(diào)節(jié)器，最直接的效益就是節(jié)能降耗。采用變頻調(diào)速的主要特點是消除或減少檔板的節(jié)流損失，節(jié)能的效果與風機的性能、運行工況、檔板的開度等有關。下面就例舉我公司#2爐引風機改造測算情況作一介紹。
1.1改造前運行參數(shù)（#2鍋爐所帶負荷為370T/h）

1.2 改造前工頻功率計算公式：


1.3 改造后功率計算公式：

1.4 #2鍋爐引風機節(jié)能計算

　　對比#2鍋爐引風機變頻調(diào)速前后的電功率：單臺引風機減少電功率180kW，節(jié)電率為33%。以上是理想條件下的節(jié)電率，在實際運用中，為了考慮變頻器故障切換為工頻運行時，風門需保留它用。變頻調(diào)節(jié)運行時風門盡管全開，還有一定的阻礙，影響計算結(jié)果，另外，各種運行工況的不同，節(jié)電效果也不一樣，所以實際節(jié)電率要比以上估算結(jié)果有一定的出入。但從以上結(jié)果來看，節(jié)電顯著，值得改造。
2、鍋爐給水泵
　　#3、4給水泵為定速運行，采用變頻調(diào)速的主要特點是消除或減少閥門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成的能源浪費。下面就例舉我公司#4給水泵改造測算情況作一介紹。
2.1改造前運行參數(shù)（#4鍋爐給水泵）

#1、2、4給水泵節(jié)能計算（正常運行3臺泵母管運行）
2.2工頻運行功率計算

2.3變頻改造后預計運行功率計算
由于汽包壓力為9.4mPa，考慮管損及其他損耗，給水泵的出口壓力應達到12mPa，單臺給水泵的流量要達到360m3/h。
#4給水泵變頻計算：

考慮#1、2給水泵為液力耦合器拖動，其η不超過0.90，#4給水泵變頻改造后給水泵總負荷約5575KW。
2.4節(jié)電比例計算

　　對比現(xiàn)負荷下變頻調(diào)速前后的電功率：#4給水泵變頻改造后總給水電功率減少554kW，節(jié)電率為9.0%。從以上結(jié)果來看，節(jié)能顯著，并且能提高對工藝參數(shù)控制，值得改造。
四、高壓變頻器性能選擇
　　利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)無疑要在原有的回路中加裝一套變頻調(diào)速設備，也就增加了一個設備故障點,該產(chǎn)品性能的好壞，將直接影響著機爐的安全穩(wěn)定運行，因此變頻器的性能選擇至關重要。我們在選擇時除了考慮一些常規(guī)的性能指標外，還著重注意了以下幾點:設計上是否相對有其特點，選用的元件是否穩(wěn)定、成熟；產(chǎn)生的諧波分量是否符合有關標準；電源短時中斷恢復時對其影響程度；個別元件故障時能保持短時間的運行等功能。
　　目前，市場上高壓變頻器產(chǎn)品較多，變頻調(diào)節(jié)類型也有多種。一般說來，國外有的產(chǎn)品其元件及性能應較好，但價格較高，同時與用戶意見的交流、售后服務較為困難。
　　我們在對輔機設備調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造前，收集、了解了國內(nèi)一些調(diào)節(jié)裝置的資料，并進行了比較，最后選擇了廣州智光電氣股份有限公司的ZINVERT變頻調(diào)速系統(tǒng)。
五、輔機設備變頻器的改造控制方案簡介
　　我們此次改造應用的ZINVERT型智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主控制部分以新型電機控制專用雙DSP（數(shù)字信號處理器）為控制核心，輔以大規(guī)模可編程邏輯器件，實現(xiàn)SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器和功率單元箱之間通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統(tǒng)的可靠性。同時控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可用于與中控DCS連接和擴展，以滿足現(xiàn)場運行與控制的需要。操作時可通過在控制柜上“遠程/就地”轉(zhuǎn)換開關的切換實現(xiàn)“就地控制”與“遠方控制”。我公司“遠方控制”與原有的DCS連接，在引風機、給水泵控制畫面中增加了變頻器畫面，與變頻器輸出接口聯(lián)接，進行數(shù)據(jù)通訊，運行人員可以通過DCS中的畫面對引風機、給水泵變頻器的工作電流、轉(zhuǎn)速以及運行、停止、故障等狀態(tài)進行實時監(jiān)控。
1、 #2鍋爐IIB引風機變頻裝置與電動機連接方式

　　#2鍋爐IIB引風機電動機配套變頻型號為：ZINVERT-A6H1000/06Y，系統(tǒng)采用一拖一工／變頻自動旁路切換方式（見上圖）。其中QF表示6KV高壓開關（原有設備）、KM1-KM3為高壓真空接觸器、M表示電動機（原有設備）、K1-K2為高壓隔離開關；全部選用10kV開關。K1、K2與KM1、KM2聯(lián)鎖，即K1、K2斷開時，KM1、KM2無法合閘。KM3和KM2互鎖，KM3和KM1不互鎖。KM3和KM2不能同時合閘。
　　自動變頻切換工頻過程：電機變頻運行時，變頻器接收到“變頻切工頻”的信號后，自動斷KM1、KM2，然后合KM3，電機工頻運行。自動工頻切換變頻過程：電機工頻運行時，變頻器接收到“變頻切工頻”的信號后，自動斷開KM3，然后合上KM1，最后合KM2，啟動電機變頻運行。在變頻器出現(xiàn)嚴重故障時（除負載故障外），負載能夠自動轉(zhuǎn)入工頻電網(wǎng)中，切開變頻調(diào)速系統(tǒng)，并且負載不用停機；另外在工頻旁路運行的情況下可以通過斷開K1和K2檢修變頻器。
2、 #4給水泵變頻裝置與電動機的連接方式

　　#4給水泵電動機配套變頻型號為：ZINVERT-A7H3750/06Y，系統(tǒng)采用一拖一工／變頻手動旁路切換方式。它是由1個單刀單擲隔離刀閘K1和1個單刀雙擲刀閘開關K2組成（見上圖），其中QF表示6KV高壓開關（原有設備），變頻與工頻旁路間切換，可以通過K1、K2刀閘切換完成，刀閘K2采用單刀雙擲刀閘，保證避免變頻輸出與工頻輸入短接閉鎖功能。
　　6kV電源經(jīng)變頻裝置輸入刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘K2送至電動機；電源還可經(jīng)刀閘K2切換工頻位置至電機，直接起動電動機。一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可馬上依次斷開輸入側(cè)進線開關QF及進線刀閘K1，切換刀閘K2至工頻位置，將變頻裝置隔離，然后合輸入側(cè)進線開關QF在工頻電源下起動電機運行。刀閘K1、刀閘K2操作與進線開關位置之間具有閉鎖和防止誤操作功能。刀閘技術(shù)絕緣耐壓、動穩(wěn)、熱穩(wěn)、機械壽命、電氣壽命等參數(shù)滿足回路要求及相關標準。
六、輔機設備變頻器系統(tǒng)調(diào)試
　　變頻器安裝后，投入系統(tǒng)運行前還需進行必要的調(diào)試，其目的主要是檢查所選擇的變頻器其性能、功能是否達到設計要求以及滿足實際生產(chǎn)需要。主要內(nèi)容有:
1、具備條件:
a) 相關變頻器工作的一、二次設備安裝、組態(tài)完畢；
b) 變頻器柜內(nèi)變壓器耐壓試驗、直流電阻測量合格；
c) 6kV電纜、變頻器柜內(nèi)開關、支持瓷瓶、避雷器等試驗合格；
d) 檢查各接線正確、緊固；
e) 變頻器參數(shù)設置正確；
f) 輔機等機務設備具備試車條件。
2、試驗項目:
a) 開關閉鎖功能試驗:主要檢查出線刀閘和旁路刀閘的機械閉鎖功能、“高壓允許合閘”閉鎖功能、防止帶負荷拉合刀閘功能。
b) 靜態(tài)調(diào)試:將變頻器控制電源送上，開關處于試驗狀態(tài)。檢查“接地控制”(控制柜控制)、“遠方控制”(DCS控制)時的開關動作狀態(tài)及變頻器面板、DCS畫面上的各種狀態(tài)顯示是否正確對應。
c) 動態(tài)調(diào)試:開關、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路”狀態(tài)以及“變頻控制”狀態(tài)下，在DCS上或變頻器控制柜上操作引風機、變頻器的啟、停、調(diào)是否正常，轉(zhuǎn)速、電流是否正確；在“工頻旁路”狀態(tài)時與“變頻控制”狀態(tài)時的轉(zhuǎn)向是否正確；在“變頻控制”時人為模擬故障保護動作、信號是否正確。
d) 帶負荷試驗:主要了解正常運行工況下變頻器的風量、流量、電流、轉(zhuǎn)速(頻率)；檢查變頻器額定輸出電流時的電機轉(zhuǎn)速、變頻器頻率。以便確定變頻器的“始動頻率”值以及是否投用限流功能。
e) 動力電源切換試驗:變頻器在正常運行時,電源發(fā)生短時波動或工作廠用電中斷備用電切換成功,這時變頻器應不發(fā)生跳機。
七、輔機設備變頻改造后的效果
1、#2鍋爐IIB引風機變頻改造后效益分析
改造前#2爐負荷為370T/h（表一）

由表一的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，變頻器改造前的日平均日耗電量為25806.6KWh
改造后#2爐負荷為370T/h（表二）

由表二的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，改造后經(jīng)過計算#2鍋爐兩臺引風機每天的平均電量約為18370.67KWh
每天的節(jié)約電量為：25806.6-18370.67=7435.93KWh，實際節(jié)電率為28.8%。
2、#4給水泵變頻改造后效益分析（根據(jù)鍋爐的上水量與產(chǎn)汽量進行統(tǒng)計）
改造前, #1、#2、#4給水泵運行統(tǒng)計（表一）

由表一的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，變頻器改造前的日平均日耗電量為169002KWh
改造后, #1、#2、#4給水泵運行統(tǒng)計（表二）

由表二的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，變頻器改造后的日平均日耗電量為157417KWh
　　每天的節(jié)約電量為：169002-157417=11585KWh，實際節(jié)電率為6.9%。
由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算分析可以看出，采用變頻調(diào)速運行后，僅僅節(jié)電每年帶來的經(jīng)濟效益十分明顯，并且通過測算引風機、給水泵變頻改造投資在一年內(nèi)全部收回。另外變頻改造的附加優(yōu)勢：
a)電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.95以上，大大的減少無功功率的吸收，進一步節(jié)約上游設備的運行費用。
b)采用變頻調(diào)節(jié)后，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能；轉(zhuǎn)速降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期、設備運行壽命延長；變頻改造后風門開度可達100％，運行中不承受壓力，可顯著減少風門的維護量。在使用變頻器過程中，只需定期對變頻器除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。從實際改造情況看，采用變頻調(diào)速后，運行與維護費用大大降低。
c) 采用高壓變頻改造后，電機實現(xiàn)軟啟軟停，啟動電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi)，電機可保證運行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常，無任何附加的異常振動和噪音。
d) 智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)適應電網(wǎng)電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-35%～+15%之間波動時，系統(tǒng)均可正常運行。
八、結(jié)束語
　　綜上所述，ZINVERT變頻器在我公司輔機設備中應用是相當成功的，不僅可以取得相當顯著的節(jié)能效果，是電廠節(jié)能降耗的一個有效的途徑，同時也改善了輔機設備的使用壽命和自動控制水平，而且也得到國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后電力行業(yè)節(jié)能技改的發(fā)展方向。