罗运波
（身份证号码：429006198112160019）
摘要：通过高压变频器在热电厂风机节能改造的实际应用，介绍对变频器的选择、控制、调试过程中的一些问题分析和解决方法。
关键词：高压变频器；风机节能；改造
引言
某公司热电厂#8炉为280t/h锅炉，采用双引风机式，风机型号为Y4-60-11N.22.5D，配置了额定功率为6330kW，电压为6kV的三相交流异步电动机。风门采用挡板调节，在日常运行开度一般只有50%左右，形成挡板两侧风压压差，造成节流的损失；同时风机挡板执行机构为大力矩电动执行机构，故障率比较高，风机自动投用率较低。为此，我们对引风量调节方式进行了改造，采用了变频调速技术来控制、调节风量，以达到节能降耗及提高调节自动化的水平。
1变频器容量的选择
在一般情况下变频器容量大小的选择与电动机容量来相同，以满足电动机在额定出力内进行不同转速的调节。但在现实生产工作过程中，大多数都是根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产的需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。根据该厂#8炉引风机的配置及正常运行工况，了解到当时设计人员考虑风道内装有脱硫装置以及挡板开度在70%左右调节特性较好，所以配置了630kW的电动机。同时对额定工况下引风机功率进行了分析，在各种工况下引风机功率都不会大于350kW。如果采用变频调速风门全开，节流损失会较大减少，风机的功率也不会大于350kW。为此，选择容量为400kW的变频器应能满足上述风机在各种工况下不同转速调节要求。
2采用变频调速后的性能及效益预测
采用变频调速的主要特点是消除或减少挡板的节流损失，节能的效果与风机的性能、运行工况、挡板的开度等有关。
2.1引风机性能曲线
#8炉引风机性能参数见表1：
根据表1所给参数画出流量、压力曲线（A，B），如附图所示。
2.2对引风机进行实际工况测量
对引风机的测试结果见表2
2.3利用相似理论分析风机采用变频后的参数
在实际运行工况中表2所示，风机全压、流量参数在附图中C点运行。改造前，风机转速不能变化，只能靠风门节流。采用变频调节，风门全开，可根据工况所需的风机全压、流量来改变转速。
根据风机相似理论，风机性能参数之间关系为：
式中：Q—风机流量；P—风机全压；n—转速；P—介质密度
根据上述关系以及表2所示的运行工况，风机变频后的运行性能曲线下移为附图（abc）所示。
2.4相关参数估算
（1）表2工况下转速计算：
从附图（abc）性能曲线所示，为了方便计算，将性能曲线近似为线性关系，即：
可求得变频后的风机转速为：
（2）风机全压效率估算
风机有效功率=全压X流量/1000
风机全压效率=有效功率/轴功率
由表1提供的工况A和工况B数据可得，风机的全压效率为0.785和0.726因此，变频调速后的风机全压效率可按0.75进行估算。
（3）变频调速后功率估算
电功率=风机轴功率/（变频器效率X电动机效率）式中，变频器效率取0.96，电动机效率取0.95。计算后参数汇总见表3：
2.5效益计算
对比变频调速前后的电功率：JK引风机减少电功率230kW，节电率为67.8%；#2引风机减少电功率195.65kW，节电率为61.7%。以上是理想条件下的节电率。在实际运用中，为了考虑变频器故障切换为工频运行时，风门需保留它用。变频调节运行时风门尽管全开，也还有一定的阻碍而影响计算结果。另外，由于各种运行工况的不同，节电效果也不一样，所以实际节电率要比以上计算结果有一定的误差。
3变频器性能选择
在选择变频器时除了考虑一些常规的性能指标外，还着重注意了以下方面：选用的元件是否稳定、成熟；产生的谐波分量是否符合有关标准；电源短时间中断并恢复时对其影响程度；个别元件故障时能保持短时间的运行等功能。
在对风机调节系统改造前，经过分析比较，最后选择了高压变频器产品，其特点有：
（1）该装置由移相变压器、功率单元和控制器组成。移相变压器副边绕组分为三相，每相由7个功率单元串联构成，每个单元的主回路相对独立，可等效为一台单相低压变频器，便于采用现有的成熟技术。
（2）每个功率单元电路为基本的交—直—交单相逆变电路，整流侧为三相全桥，对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。
（3）当某一个单元出现故障时，内部软开关自动导通，将此单元旁路，由其它单元继续运行。
4引风机、变频器的控制与调节
变频器可通过在控制柜门“远控/本控”开关的切换实现“本机控制”与“远方控制”。“远方控制”与原有的DCS连接，在引风机控制画面中增加了变频器画面，与变频器输出接口联接，进行数据通讯，运行人员可以通过DCS中的画面对引风机和变频器的工作电流、转速以及运行、停止、故障等状态进行实时监控。另外，变频器的控制调节还可以通过负压调节器接受炉膛负压信号和来自送风系统的以馈信号，综合运算后经手动、自动切换单元输出4-20mA到变频器的控制端，调节变频器输出电源的频率，从而改变电动机转速，改变引风量，达到稳定炉膛负压的目的。
与常规的控制调节系统比较，系统结构、运行操作的方式基本上不变，主要区别在于调整引风门开度改为调节引风电动机转速。为了保证生产的连续运行，当一台变频器故障时，联跳相应引风机开关，短时出现单边运行。将故障变频器隔离后，引风电动机可切换为工频运行，风量仍由风门挡板调节。
5变频改造后的效果
5.1效益比较
某公司热电厂#8炉的#1，#2引风机测试数据见表4：
从表2、表4中可以看出，经变频改造后，在满足锅炉负荷约260t/h燃烧的情况下，风机输入功率明显减少，分别由339kW、317kW降到162kW、167.143kW；风机单位电耗也分别由282kWh/t1.219kWh/t降低到0.608kwh/t和0.623kWh/t节电率分别为52.57%和48.89%，每年可节省厂用电200多万kWh。
结束语：
之前而言，在风机设备中采用变频调速技术是节能降耗的一项比较重要的技术，变频调速技术在风机控制中节能效果显著，利用变频器控制风机负载以达到节能与改善工艺的目的，目前，已在许多行业的变频器应用中取得较好效果。这方面的应用成果很多，今后，相信随着社会经济的发展与科学技术的进步和价格的降低，变频器的应用前景将越来越好。
参考文献：
[1]王高，浅谈变频器性能选择节能问题的分析，2014.06.
[2]黄华平，. 探讨通用变频器及其应用，2014.06.
[3]杨海华，分析.变频器在风机类设备中的应用前景，2015.03.
论文作者:罗运波
论文发表刊物:《河南电力》2018年5期
论文发表时间:2018/9/7
标签：变频器论文; 风机论文; 工况论文; 功率论文; 风门论文; 转速论文; 引风机论文; 《河南电力》2018年5期论文;