关键词：送风机；高压变频技术；节能改造
引言：在节能环保战略号召下，电力生产开始引入先进技术实现结构调整，在降低生产能耗的同时，加强成本控制，体现企业管理的低碳经济理念。目前在各种电力生产设备中，送风机能耗较高，还要结合高压变频调速机理实现节能改造，使设备能耗得到有效减少，继而使电力生产能够满足节能环保要求。
1高压变频节能改造技术
实施变频改造，就是利用异步电动机转速与电源频率间的正比关系对电源频率进行调整，达到改变电机转速的目标。而电机功率因数将随着激励电磁电流增加而降低，转矩在调速范围内能够保持一致。针对离心式的风机电动机，在转速改变时运行效率无明显变化，流量与转速成正比，压力与转速平方保持正比关系，轴功率与转速三次方成正比。而转速降低，功率将降低，从而达到节能目标。因此利用高压变频技术进行电机转速调节，能够通过调频实现节能控制。相较于其他变频技术，高压变频具有较高可靠性，具备软启动功能，使启动电流处于额定范围内，避免给传动设备带来冲击，使得设备故障率较低。高压变频具有较高效率，不存在转差损耗，发生故障后能够立即切出，保证负载持续运行，因此能够在节省电量的同时，满足调速要求。
2送风机高压变频节能改造的应用及效果分析
2.1工况介绍
某企业目前有3套锅炉系统，其中2号锅炉和3号锅炉上的4台高压送风机目前采用的运行方式仍是传统的工频运行方式，电厂根据发电量的需求，调节送风机管道上的阀门开度，从而控制送风量。每套锅炉目前配套有2台高压送风机同时工作，给锅炉送风。2号锅炉和3号锅炉设计额定蒸发量分别为420t/h，目前由于外电成本相对较低，发电量相对降低，两台锅炉分别按负荷为50%，蒸发量分别为220t/h运行，送风机电动机为6kV电压等级的高压三相交流异步电动机，采用传统的风门调节方式属于节流调节，一方面风机的效率很低，另外一方面风门会产生节流损失。且启动电流能够达到额定电流的5-7倍，电量损耗较高。
2.2高压变频改造方案
针对送风机调节问题，还要引入高压变频技术实施改造，使送风机能够得到变频调速控制，在节约能耗的同时，达到工艺控制要求，保证设备稳定运行，使设备的使用寿命得到延长。从送风机运行工况来看，采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机和风机的转速也同时降低，主设备及相应辅助设备磨损较之前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长。并且变频改造后阀门开度可达100％，运行中不承受压力，可显著减少挡板的维护量；变频器运行中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。节能空间较大。在对风机进行变频改造时，可以采用功率模块对多电平变频器进行串联，利用低压IGBT逆变元件作为变频器。锅炉原本控制系统为分散控制系统，通过增设I/O卡件和附件可以实现相关控制逻辑，满足系统工艺控制需求。实际可以选用SH-HVF III型高压变频器，可以借助灵活接口直接与现场控制系统对接，实施异地远程监控。装置利用高-高变换措施实现多电平串联倍压控制，并利用优化的PWM算法完成可变频变压的电压和电流输出。装置输入侧拥有较高功率因数，谐波则较低，能够使整机效率得到提高，同时保证输出谐波较低。装置功率单元为AC380V等级，可以减少谐波的同时，避免因装置故障给设备运行带来过大影响。装置工频旁路配备真空接触器，能够实现功率单元热备份，故障发生后可以实现自动旁路控制。此外，装置内置过流、过压等保护功能，能够在上电瞬间实施限流控制，使设备启动电流控制在20A以下。
2.3高压变频改造实施
在方案实施阶段，送风机主回路需要配备6kV自动旁路柜，满足工频与变频工况状态的自动转换需求。如图1所示，为高压变频器一次接线方式。在送风机电机与6kV母线之间，6517为原设备断路器开关，KM1为变频器输入接触器，KM2则是输出接触器，KM3为工频运行接触器。在QS2和QS3之间，由于设置了互锁，无法同时合闸。在切换为变频工况时，需要将6kV开关断开，然后选择变频，KM1合闸，合上6kV开关，变频就绪及变频灯亮，KM2合闸，按下启动按钮。在切换为工频时，同样先拉开高压开关，然后选择工频，KM3合闸，工频灯亮，最后合上高压开关。在送风机变频运行的过程中，人员可以在控制室完成频率设定，并对设备进行远程启停操作。在设备风门全开的情况下，可以利用变频器实现送风量调节。如果需要进行设备检修，可以切换为工频状态，利用风门实现送风量调节。同时可设定变频器故障时切除故障模块或切工频两种方式，由于能够实现状况切换，因此能够避免送风机因高压变频器发生故障而无法正常运行。
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图 1 高压变频器一次接线
在高压变频装置工作过程中，使用的电子功率元件将会发热，使得设备温度不断升高。为保证变频装置稳定工作，需要解决设备散热问题。结合送风机所在现场的条件，可以配备空冷型高压变频调速系统，能够通过输出PWM波形信号确定设备功率单元运行状态，及时启动空冷设备加强设备散热控制。借助系统模拟和数字接口，可以实现与中控DCS连接，获得变频器的监控画面，对变频器电流、转速等状态信息进行查看。在对送风机工频、变频状态进行切换时，需要先通过中控系统将送风机风门关小，并增加风机出力，避免负荷大的部分转移到未改变状态的另一台送风机上，以免状况切换给电力生产带来影响。
2.4高压变频改造效果
2.4.1节能效果
对送风机进行高压变频改造后，设备电机日常处于变频状态下，能够接近额定工作状态，使得设备电量损耗得到有效减少。
#2-1、#2-2送风机：
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两台机组一备一用，因此四台送风机长期运行两台，按#3-1、#3-2送风机来核算，每小时节电384kwh，一年节电量384*24*330=304万kwh，按电费0.36元/kwh计算，年节约电费109万元，从电量节约角度来看，可以使电力生产经济效益得到提高。
2.4.2工艺控制效果
采用变频器后，送风机的电机可以实现软启动，在频率与电压关系得以建立的基础上，变频器可以按照矢量控制方式带动负载，避免各电网运行带来冲击。经过改造，送风机控制系统能够实现工况切换，采取现场手动控制、远程自动控制等不同控制方式，在得到自动化控制能力提升的同时，得到故障抵御能力的提升，可以满足锅炉运行的工艺控制要求。
2.4.3设备管理效果
由于风机电机能够实现变频运行，设备工作频率将持续变化，不再与风道固有频率保持一致，所以能够使设备共振问题得到解决，满足设备稳定运行需求。在实现变频调节后，负荷较低时送风机电动机共振频率不高，风机转速也有所降低，能够减少风机机械设备受到的磨损，使设备轴承、密封等零部件使用寿命得到延长，因此可以降低设备检修和维护成本。
结论：采用高压变频装置实现送风机节能改造，能够起到显著的节能效果。在送风机运行管理方面运用高压变频技术，能够获得较广的电压和频率调节范围，减少设备在低负荷状态下的电量损耗，避免设备产生的输出谐波给电网带来过大冲击，并降低设备检修维护成本，因此可以取得较好的节能环保效果。
参考文献：
[1]罗燚. 定洲电厂动力设备节能分析[D].华北电力大学,2015.
[2]王萍,吴妍.DCS系统控制的送风机变频节能技术研究[J].科技与企业,2012(18):281.
论文作者:章锡强
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年23期
论文发表时间:2020/5/8