摘要：发电机输出功率变化，锅炉系统相关设备也要随着负荷的变化作相应的调整。锅炉的送风量相应变化，一二次风机出力调整通过液力耦合器调节。液力耦合器传动效率低、维护保养成本高，特别是在低负荷运行时，电动机输出功率有大量的能耗损失。同时强大的冲击转矩和冲击电流，缩短了电动机和机械的使用寿命。
关键词：高压变频器；一次风机；二次风机；应用
1 高压变频器运行原理
高压变频器在实际运行的过程中，需要对高压电机的速度进行调节，目前主要使用串联多电平技术。高压变频器由移向变压器、功率模块以及控制模块三部分组成，能够对生产现场中的高压控制柜、旁路柜以及计算机等设备进行数据信息采集和控制，由于高压变频器中存在谐波抑制装置以及多脉冲整流技术等，因此高压变频器在实际运行中能够达到我国IEEE519-1992标准和GB/T14549-93标准，具有较高的实际应用价值。高压变频器中利用多个功率单元输出波形，因此能够得到多电平高压，降低输出电压谐波和共模电压，以上过程不需要安装任何滤波装置就能实现，同时还能保证电机内部结构的完整性和安全性。
高压变频器内部采用模块化的设计方式，能够随时进行移动和更换，其中所有单元可以相互交换组合。其在实际应用中，还能够将单元中存在的设备故障显示出来，帮助管理人员对故障展开及时处理。高压变频器在运行状态下，如果其内部的一个单元模块发生故障，则该故障单元会自动退出整个运行系统，保证高压变频器的运行稳定性。通常，高压变频器频率调节范围在0~50赫兹之间，在该范围中，电机能够正常运行。高压变频器并不会对电网产生影响，在其调速范围内，变频系统的输入因数功率在0.95以上，高变压器在负荷86%~100%之间时，高压变频器的实际运行效率在95%以上，由此可以看出高压变频器在电机运行的重要性。
2 高压变频器控制系统应用
将高压变频器控制系统应用在除尘风机中，能够实时显示除尘风机的实际运行数据，实现对其运行状态的实时监控，管理人员只需要通过控制系统，就能够随时了解除尘风机的运行情况。另外，高压变频器的控制系统具有远程控制功能，管理人员能够实现远程起停、急停以及复位等工作，不仅能够保证操作的准确性，还能够节省大量的实际操作时间。目前除尘风机在实际运行中分为两种方式，分别为手动运行和自动运行，在应用高压变频器控制系统时，除尘风机为自动运行，在高压变频器控制系统发生异常，或者是停止使用的情况下，除尘风机处于手动运行中。实际控制现场，以远程操作的控制方式为主。
在高压变频器控制系统I/O卡件配置的过程中，需要根据主设备控制系统的通讯情况展开调整，该控制系统能够对高压变频器内所有信号展开控制，并完成连锁、逻辑控制以及故障诊断等工作，因此在施工现场需要设置就地操作箱，这种方式能够实现手动操作与PLC控制系统操作之间相互独立，即使PLC控制系统出现故障，则现场工作人员还能利用手动操作的方式完成控制工作。
3高压变频器控制技术在风机的适用范围和安全性
设备自投运以来一直运行稳定，节能效果显著。理论和实践证明了应用高压变频调速装置的突出优势：
（1）工频运行时由于设备设计余量而导致“大马拉小车”的现象，因电机定速旋转不可调节，这样运行自然浪费很大。而变频调节后彻底解决了这一问题；
（2）由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频改造后不再存在；
（3）某些工况负载需频繁调节，而档板及液耦等方式调节线性太差跟不上工况变化速度，并且在调节时容易出现电机过载现象，故能耗很高。而变频调节响应极快，基本与工况变化同步，对电机无冲击式的无级调速方式彻底解决了以上问题；
（4）异步电动机功率因数由变频前的0.8左右提高到变频后的0.95以上（20%负载以上时）；
（5）可实现零转速启动，无启动冲击电流，从而降低了启动负载，减轻了冲击扭振。而且高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％以上；
（6）可根据现场工艺要求进行不同配置，技术成熟先进，运行稳定可靠。
4高压变频器在一次、二次风机上的应用控制方案
4.1方案简述
以某电厂高压变频器改造为例：该机组主要改造的分别是两台一次风机（A、B侧）、两台二次风机（A、B侧）。为保证电厂锅炉系统和操作的安全性，变频器采用工变频手动转换机型。高压变频调速系统控制系统具有就地监控和远方监控两种方式现场可选。在就地监控方式下，通过变频装置上的触摸式键盘和按钮操作、控制器的LCD/LED显示，可进行就地人工启动、停止变频装置，可以调整转速、频率，就地控制窗口采用中文操作界面，功能设定、参数设定等均采用中文。在远方监控方式下，可通过自动控制系统（DCS）及手动操作器进行操作，操作简单，并具备频率、电机电流、电压、频率等参数的实时显示及开、停等故障显示功能。
高压变频调速系统具有完善的自诊断和保护功能，具有输入过压、欠压、过流保护，输出相间短路、过流、单相接地、过载、过热、IGBT击穿或短路、单元故障、瞬时停电保护等保护并能联跳输入侧进线开关，保护性能符合国家有关标准的规定。变频装置还能提供电动机所需的过载、过流、过压、欠压、热积累、缺相等保护。变频装置内任何部分发生严重故障时，具有及时动作的保护功能，不会对电网和负载设备造成冲击和损坏。
4.2液力耦合器的改造
将锅炉一、二次风机原有液力偶合器整体拆除，电动机前移，新设计加工一套联轴器，使电动机与风机连接；拆除原有工作油泵及其管路系统，新设计增加油站系统及油泵电源控制系统。
液力耦合器改造前后的现场如图1、图2所示。
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图1液力耦合器改造前
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图2液力耦合器改造后
4.3变频器散热方案
在锅炉风机系统节能改造方案中，高压变频器属于大型电子设备，使用了移相隔离变压器及大功率高频开关元件，这部分热量占到2-3%左右，如果不采取措施妥善处理，可能会使变频器运行环境温度过高，影响变频器的正常运行。为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，变频器安装空-水冷装置进行冷却。
4.3.1空-水冷却系统的工作原理
空-水冷却系统是一种高效、节能、环保的冷却系统，其应用技术在国内处于领先地位。在高压大功率变频应用中得到了广泛的推广应用。该系统由于其采用完全机械结构设计，较空调等电力、电子设备而言具有明显的安全可靠性。空水冷却器的技术条件：
进水温度：≤33℃
工作水压：0.25MPa
出风温度：≤40℃
耗水量：降低1KWh所产生的热量约需水量0.2～0.4m3/h。如图3、4所示。
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图3空-水冷装置工作原理示意图
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图 4 水冷却系统结构原理图
4.3.2系统安全性
设备整体安装于高压变频器室墙外，采用风道与变频器的柜顶排气口直接连接，提高了冷却器的设备运行效率，能够对变频器排出的热气直接降温处理。同时，避免冷却水管线在高压室内布局出现破裂后漏水危及高压设备运行安全的严重事故发生。在空-水冷系统的设计当中，为了防止空冷器出口侧凝露使冷风带水排入室内，对空-水冷系统的风压、风速等指标进行设计计算，保证良好的排压情况下，运行安全稳定。另外，为防止空冷器漏水后进入室内，在空冷器的出口侧设置了淋水板，当漏水或有积水时，可以直接排向室外。同时，变频器提供风机、空冷器的故障报警检测点，并通过综合报警信号远传至DCS。完整的冷却系统解决方案，有效降低了辅助系统的故障率以及对主要设备的运行安全影响程度。
4.4频系统改造主回路
一次风机、二次风机变频系统改造主回路如图5所示。
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图5变频器旁路柜原理图
主回路如图5所示，一次风机、二次风机改造采用“一拖一”手动旁路。旁路柜在变频器进、出线端增加了三个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。
当风机变频运行时，在DCS界面上调节风机频率去调整电机转速，从而达到调节流量和风量的目的。当变频器故障或检修，可选择手动方式切换至工频运行。
结语
通过以上分析能够看出，高压变频器的应用，能够实现能源节约，本文从高压变频器内容进行研究，提升了高频变压器在风机中的应用效率，同时降低风机在运行中的能源损耗量，促进我国钢铁生产行业的可持续发展。
参考文献：
[1]彭敏.高压变频器在炼钢厂一次除尘风机进行节能改造的案例[J].产业与科技论坛，2017，16（21）：85-86.
[2]李定川.合康HIVERT-Y06/173高压变频器在除尘风机中的应用[J].变频器世界，2016（07）：91-94.
论文作者:王孟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：变频器论文; 高压论文; 风机论文; 系统论文; 控制系统论文; 水冷论文; 耦合器论文; 《基层建设》2019年第28期论文;