0 序言
變頻調(diào)速在節(jié)能、調(diào)速精度、調(diào)速范圍等方面具有同其它調(diào)速裝置無法比擬的優(yōu)越性，以及可以方便實現(xiàn)同自動化控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)等）的通訊，使其在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文以我公司最近幾年應(yīng)用變頻調(diào)速進(jìn)行技術(shù)改造的幾個成功事例進(jìn)行介紹和總結(jié)，由此說明變頻器裝置在各行業(yè)技術(shù)改造中的廣闊應(yīng)用前景。
1 鍋爐風(fēng)機電機應(yīng)用變頻器調(diào)速控制
1．1 鍋爐二次風(fēng)機電機應(yīng)用變頻器調(diào)速控制
我公司鍋爐為75（T/H）循環(huán)流化床鍋爐，每臺鍋爐配置引風(fēng)機、一次風(fēng)機(送風(fēng)機)、二次風(fēng)機各一臺，各電機主要技術(shù)參數(shù)如下：


在進(jìn)行變頻器改造以前,各風(fēng)機在正常情況下的運行數(shù)據(jù)，以2000年全年運行情況統(tǒng)計如下：


我們知道，由于鍋爐在正常運行中的燃料構(gòu)成、熱負(fù)荷、電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大，因此，鍋爐燃燒所需要的空氣量在各個不同的情況下，也相應(yīng)有較大的變化，然而，鍋爐配置的風(fēng)機是按鍋爐最大出力情況下的所需最大風(fēng)量來設(shè)計，并必須考慮鍋爐在事故情況下一定的風(fēng)量裕度，所以，風(fēng)機電機功率的配置一般都較大，從表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可看出，鍋爐風(fēng)機檔板的平均開度，在正常情況下引風(fēng)機為48%左右，二次風(fēng)機僅為45%左右。用檔板調(diào)節(jié)控制，大量電能浪費克服擋板的阻力上，造成廠用電率高，影響機組的經(jīng)濟運行。
2000年底，我們首先選擇在1#爐的二次風(fēng)機上進(jìn)行改造嘗試，并考慮到二次風(fēng)機電機功率設(shè)計時配置裕量較大，我們有意選擇132kW功率的變頻器來控制160kW功率的電機，變頻器的型號為三菱FR—F540L—132K，電壓等級為380V，變頻器于2001年元月安裝調(diào)試完畢并投入運行，通過一段時間的運行測試，二次風(fēng)機工頻電流由原來的平均135（A）下降到現(xiàn)在的平均70—75（A），節(jié)能效果相當(dāng)顯著，并且變頻器技術(shù)性能完全滿足鍋爐運行工藝的要求（主要是風(fēng)壓、風(fēng)量、加減風(fēng)的速率等），根據(jù)電度表測定，節(jié)能效率在45%左右,基本上一年可以收回投資。并且電機在啟動、運行調(diào)節(jié)、控制操作等方面都得到極大的改善。由于效益顯著，在2001年2月，我公司又對2#、3#爐二次風(fēng)機也進(jìn)行了變頻器改造，運行至今情況良好。在對鍋爐二次風(fēng)機電機旁路設(shè)計上，我們采用的是雙投閘刀，用手動切換方式，在實際使用中效果也很好，不僅投資節(jié)約，而且接線簡單、可靠，安裝也相當(dāng)方便，二次風(fēng)機變頻器接線如圖（1）。


圖1 -- 二次風(fēng)機變頻器接線圖

2 鍋爐引風(fēng)機電機應(yīng)用變頻器調(diào)速控制
在鍋爐二次風(fēng)機上變頻器調(diào)節(jié)裝置改造成功后，使我們看到變頻器技術(shù)改造的巨大節(jié)能潛能和良好的效益，2002年12月，我們在3#鍋爐引風(fēng)機上進(jìn)行高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)改造，經(jīng)過多方面技術(shù)考察、比較，我們認(rèn)為北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/050變頻器在性能價格比上有較好優(yōu)勢，并且產(chǎn)品在國內(nèi)市場應(yīng)用也比較廣泛，售后服務(wù)全面周到，HARSVERT-A06/050變頻調(diào) 速系統(tǒng)采用多級模塊串聯(lián)，交直交、高-高型電路，電源變換器采用30脈沖，二極管三相全橋，輸出采用IGBT 逆變橋串連型式，原電動機電源直接作為變頻器輸入電源，再通過變頻器輸出連接到電機，為充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝了工頻旁路裝置，變頻器異常時退出運行，電機可以直接手動切換到工頻運行下運行。旁路由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成（見圖2，其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器）。在變頻運行時，QS1 和QS2閉合，QS3 斷開；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。


圖2—引風(fēng)機變頻器接線圖
變頻調(diào)速由安裝在鍋爐操作臺上的啟動、停機、轉(zhuǎn)速調(diào)整開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并可同DCS系統(tǒng)接口，通過DCS實現(xiàn)變頻器的調(diào)速控制，變頻調(diào)速裝置還提供報警指示、故障指示、待機狀態(tài)、運行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分?jǐn)嗟缺Ｗo(hù)信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風(fēng)機實際轉(zhuǎn)速值等必要指示，以便操作人員進(jìn)行操作控制。
設(shè)備從2003年4月24日到貨至4月28日安裝調(diào)試結(jié)束，總共4天時間，還進(jìn)行了一系列的動態(tài)試驗，如：變頻器50Hz滿載運行試驗、電機—風(fēng)機系統(tǒng)臨界振動實驗、母線電壓波動試驗、變頻器與高壓開關(guān)的聯(lián)鎖試驗、連續(xù)快速增減負(fù)荷試驗等，一切正常后，再進(jìn)行連續(xù)的72小時試運行，至5月1日投入正常工作運行，設(shè)備運行至今一切正常，沒有發(fā)生過任何異常情況。
在變頻器改造以前，根據(jù)統(tǒng)計情況，鍋爐引風(fēng)機的運行工頻電流在25A左右，通過變頻器調(diào)節(jié)裝置改造后，目前在鍋爐相同運行情況下，鍋爐引風(fēng)機在變頻后的電流為9—10A左右，平均降低電流達(dá)到15—16A。根據(jù)計算，平均節(jié)電128—136wh/h ，考慮裝置自耗電及將來空調(diào)用電16kwh/h，總體節(jié)電可達(dá)到112—120 kwh/h，節(jié)電率達(dá)到53%—56%，經(jīng)濟效益相當(dāng)顯著。因此，鍋爐引風(fēng)機高壓變頻器節(jié)能技術(shù)改造項目是相當(dāng)成功的，我公司將進(jìn)一步計劃對其它鍋爐引風(fēng)機也進(jìn)行變頻器調(diào)節(jié)裝置改造，以取得更大經(jīng)濟效益。

3 補水泵電機應(yīng)用變頻器進(jìn)行補水調(diào)節(jié)控制
我公司熱電廠日消耗水量約6000—7000噸，主要用于凈化水處理、工業(yè)用水和生活用水，泵房共有補水泵三臺，其電動機的技術(shù)參數(shù)分別為：


一方面，3#泵出力太小，不能滿足日耗水需要，而1#、2#泵的出力又太大，水泵不好控制和調(diào)節(jié)，使得電機啟停過于頻繁。另一方面，從凈水器的凈水效果來看，最理想的凈化方法應(yīng)該是保持一定水量進(jìn)行連續(xù)供水，這樣凈水效率高，效果也好。如果水泵經(jīng)常啟動、停止，易造成斷水的嚴(yán)重后果。凈水器停運期間，凈水器內(nèi)的塑料斜管暴露在陽光下的時間過長容易老化，影響塑料斜管的使用壽命，如果凈水器停運時間過長，再使用時則需要重新經(jīng)過反洗，這樣對用水的浪費相當(dāng)大，再者，補水泵房至凈水器大約有600米距離，并且管道敷設(shè)較淺，在冬季發(fā)生過管道破裂現(xiàn)象，以上這些都是由于停水時間過長，管道內(nèi)的積水不流動，在低溫下造成結(jié)凍引起。為此，我們對1#、2#補水泵電機進(jìn)行變頻器調(diào)節(jié)改造，以期達(dá)到控制水泵供水連續(xù)性的目的。變頻器選用三菱FR—F540L—37，電壓等級為380V。
補水泵改用變頻器調(diào)節(jié)補水，不僅僅在于考慮它對電機的節(jié)能效益，更重要的是從生產(chǎn)設(shè)備運行安全角度考慮，改造后的運行情況良好，提高了凈水器的凈水效果。并實現(xiàn)連續(xù)供水的目的，我們對補水泵變頻器控制的工藝要求，按照以下方案進(jìn)行設(shè)計（接線如圖3）。
3．1 為充分利用變頻器，我們采用一臺變頻器來實現(xiàn)兩臺電機的調(diào)速控制；
3．2 兩臺補水泵均可實現(xiàn)變速、定速兩種方式運行，變頻器在同一時間只能作一臺電機的變頻電源，所以每臺電機啟動、停止必須相互閉鎖，用邏輯電路控制，保證可靠切換，出口采用雙投閘刀切換；
3．3 二臺補水泵工作時，其中一臺由工頻供電作定速運行，另一臺由變頻器供電作變速運行，同一臺電機的變速、定速運行由交流接觸器相互閉鎖，即在變速運行時，定速合不上，如下圖中，1C1與1C2及2C1與2C2不允許同時合上；
3．4 為確保工藝控制安全、可靠，變頻器及兩臺電機的控制、保護(hù)、測量單元全部集中在就地控制柜內(nèi)，控制調(diào)節(jié)通過屏蔽信號電纜引接到控制室；


圖3---補水泵電機變頻器接線，虛框內(nèi)為改造增加部分

4 變頻器調(diào)速改造中應(yīng)注意的一些技術(shù)問題
熱電廠充分利用變頻器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，不僅能提高經(jīng)濟效益，而且能產(chǎn)生巨大的社會效益，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。但在技術(shù)上，要根據(jù)不同的生產(chǎn)設(shè)備，選擇相應(yīng)特性的變頻器，如在對鍋爐風(fēng)機進(jìn)行變頻器改造中，注意除必須考慮變頻器的提速、降速特性是否滿足燃燒工藝的要求以外，還同時在技術(shù)上必須要考慮下列問題，以免帶來投資的損失。
4．1 鍋爐的安全運行是全廠動力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置是可靠的，但一旦出現(xiàn)問題，必須確保鍋爐安全供汽，所以，必須實現(xiàn)工頻--變頻運行的切換系統(tǒng)（旁路系統(tǒng)），在生產(chǎn)過程中，采用手工切換如能滿足設(shè)備運行工藝要求，建議盡量不要選用自動旁路，對一般的小功率電機，采用雙投閘刀方式作為手動、自動切換手段也是比較理想的方法。
4．2 對于大慣量負(fù)荷的電機（如鍋爐引風(fēng)機），在變頻改造后，要注意風(fēng)機可能存在扭曲共振現(xiàn)象，運行中，一旦發(fā)生共振，將嚴(yán)重?fù)p壞風(fēng)機和拖動電機。所以，必須計算或測量風(fēng)機--電機連接軸系扭振臨界轉(zhuǎn)速以及采取相應(yīng)的技術(shù)措施（如設(shè)置頻率跳躍功能避開共振點、軟連接及機座加震動吸收橡膠等）。
4．3 采用變頻調(diào)速控制后，如果變頻器長時間運行在1/2工頻以下，隨著電機轉(zhuǎn)速的下降，電機散熱能力也下降，同時電機發(fā)熱量也隨之減少。所以電機的本身溫度其實是下降的，仍舊能夠正常運行而不至溫度過高。
4．4 變頻器不能由輸出口反向送電，在電氣回路設(shè)計中必須注意，如引風(fēng)機高壓變頻器接線圖中，要求QS2和QS3不能同時閉合，在補水泵變頻器改造接線圖中，要求1C1與1C2及2C1與2C2不允許同時合上，不僅要求在電氣二次回路中實現(xiàn)電氣的連鎖，同時要求在機械上實現(xiàn)機構(gòu)互鎖，以確保變頻器的運行安全。
4．5 低壓變頻器，由于體積較小，在改造中的安裝地點選擇比較容易些。但對于高壓變頻器系統(tǒng)，體積相對較大，一般由4—5面柜體組成，對改造項目來講，一般都需要重新建造變頻器室。因此，選擇變頻器室位置，既要考慮離電機設(shè)備不能太遠(yuǎn)，又要考慮周圍環(huán)境對變頻器運行可能造成的影響。變頻器的安裝和運行環(huán)境要求較高，為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠運行，對安裝變頻器室的室內(nèi)環(huán)境溫度要求最好控制在0--40℃之間，如果溫度超過允許值，應(yīng)考慮配備相應(yīng)的空調(diào)設(shè)備。同時，室內(nèi)不應(yīng)有較大灰塵、腐蝕或爆炸性氣體、導(dǎo)電粉塵等。
4．6 要保證變頻器柜體和廠房大地的可靠連接，保證人員和設(shè)備安全。為防止信號干擾，控制系統(tǒng)最好埋設(shè)獨立的接地系統(tǒng)，對接地電阻的要求不大于4Ω。到變頻器的信號線，必須采用屏蔽電纜，屏蔽線的一端要求可靠接地。
4．7 在選擇變頻器時，根據(jù)設(shè)備實際運行情況，可以考慮采用降低一檔功率的做法，如我公司在二次風(fēng)機中就采用132 kW變頻器控制160 kW 功率的電動機，運行中情況也一直良好。

5 結(jié)束語
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的各項技術(shù)性能也得
到拓寬和提高，在熱電行業(yè)中，風(fēng)機水泵類負(fù)荷較多，充分應(yīng)用變頻器進(jìn)行節(jié)能改造已經(jīng)逐漸被大家所接受。對于目前低壓變頻器，投資較低、效益高，一年左右就可以收回投資而被廣泛應(yīng)用。但相對高壓變頻器，價格還較高，測試投資回收期限，一般需要兩年左右時間。但隨著目前國產(chǎn)高壓變頻器的迅速發(fā)展，使得變頻器的性能價格比大大提高，為利用變頻器進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造提供了更加廣闊的前景。