(中石化股份天津分公司炼油部电气车间 天津大港 300270)
引言
中石化股份天津分公司炼油部制氢车间的2台锅炉，各配套了1台引风机，其异步交流电动机的额定功率为200kW，额定电压6kV。通过引入高压变频器，采用变频调速技术，用高压变频器调节电动机的工作频率，从而用其控制转速的方法取代调节挡板，达到了减少能耗的目的。
L、高压变频器的选型
目前业内使用的高压变频器种类繁多，我们选择了目前应用较广、技术比较成熟的电压源型“高一高”型变频器。该变频器采用多脉冲整流、多重化PWM、单元串联叠加的多电平拓扑结构，具有高功率因数、低谐波污染的特点，输入和输出电流波形均接近正弦波。选择了具有15个功率单元的变频器，配置移相变压器副边绕组分5级，每级电压为690V，相互间移相12。，构成30脉冲整流方式。此变频器结构上分为控制柜、功率柜、变压器柜、旁路柜。
2、连接方式
在原有基础上。将原电动机电缆由6kV配电柜抽出，置入变频器旁路柜内QS2下口输出端子，再增放电缆由变频器旁路柜内QS2上口端子至原引风机K-104/1的配电柜断路器下口(见图1)。
为了保证整个系统运行的可靠性，该变频器可使用系统旁路。即当变频器需要退出运行进行维护、维修时，为不影响电机正常运行可以无需更换线路。就可切换到工频运行。
3、控制方式
(1)工频状态操作：
确认K-104/1引风机断路器（617）确在分闸位，将小车拉至试验位；
取下K-104/1引风机断路器（617）二次控制保险；
确认K-104/1引风机旁路柜隔离刀闸QS1（变频器输入刀闸）、QS2（变频器输出刀闸）确在分闸位；
将旁路柜操作手柄切至操作位，解开电磁锁 SLK3 ，按下QS3操作机构扳把，合上K-104/1引风机旁路柜旁路运行刀闸QS3，检查QS3操作机构扳把应自动恢复原位；
检查K-104/1引风机旁路柜旁路运行刀闸QS3 确在合闸位；
恢复电磁锁，将旁路柜操作手柄切至工作位；
工频状态下送电：
检查K-104/1引风机断路器（617）确在分闸位，将小车推入工作位；
给上K-104/1引风机断路器（617）二次控制保险；
工频状态下停电：
1）检查K-104/1引风机断路器（617）确在分闸位，将小车拉至试验位；
2）取下K-104/1引风机断路器（617）二次控制保险；
注：工频状态时，引风机起、停现场“工频”操作柱由装置值班人员操作。
(2)变频状态操作
确认K-104/1引风机断路器（617）确在分闸位，将小车拉至试验位；
取下K-104/1引风机断路器（617）二次控制保险；
确认K-104/1引风机旁路柜旁路运行刀闸QS3确在分闸位；
将旁路柜操作手柄切至操作位,按下QS2操作机构扳把，合上K-104/1引风机变频器输出刀闸QS2，检查QS2操作机构扳把应自动恢复原位；
解开QS1电磁锁 SLK1，再按下QS1操作机构扳把，合上K-104/1引风机变频器输入刀闸QS1，检查QS1操作机构扳把应自动恢复原位；
检查K-104/1引风机旁路柜隔离刀闸QS1（变频器输入刀闸）、QS2（变频器输出刀闸）确在合闸位，将旁路柜操作手柄切至工作位；
变频状态送电：
检查K-104/1引风机断路器（617）确在分闸位，将小车推入工作位；
给上K-104/1引风机断路器（617）二次控制保险；
由装置值班人员在现场“工频操作柱”按下启动开关，K-104/1断路器617合闸，值班人员应确认617开关确在合闸位。此时，引风机处在变频备用状态；如需启动风机，在30S后由装置值班人员在现场“变频操作柱”按下启动开关，启动风机运行（风机转速控制由DCS中控室装置值班人员调节）；
变频状态下的风机起动停止，装置值班人员只需操作“变频”操作柱；
变频状态停电：
确认变频器在停止状态，由装置值班人员按下“工频操作柱”停止开关，K-104/1断路器617分闸；
检查K-104/1引风机断路器（617）确在分闸位，将小车拉至试验位；
取下K-104/1引风机断路器（617）二次控制保险；
注：K-104/1引风机变频器控制电源正常情况下不停电，处在待机状态，变频器散热风扇正常运行。旁路柜接线室门、变频器柜变压器室门、变频器单元柜门严禁打开。
4、风机变频的节能原理
1) 风机的功率与效率
若气体从风机运转所得到的有效功率为Pe，风机的输入功率即轴功率为Pp，原动机输出功率为Pg，风机总效率为ηf，传动效率为ηd，电动机效率为ηg，它们之间的关系如下：
Pp=Pe/ηf Pg=Pe/(ηfηd ηg )
风机采用风门调节时的效率
离心式风机一般采用入口导流器(风门)调节，随着导流器角度的增大(即风门开度减小)，流量减小的同时风机的效率降低，尤其在导流器角度较大(风门开度较小)时风机效率大大下降。
3）风机采用变速调节时的效率
根据风机的相似定律，风机在不同转速下，在其压力一流量特性曲线上各工况点的效率基本相等，在风机等效率速度范围内(一般转速为40％～100％额定转速)，风机效率接近其额定工况点的设计效率。因此，风机风门全开采用变速调节时风机的效率提高，下表是某进口风机采用变速调节，在其工频运行的标准管路风阻曲线上各工况点的效率。
4）风机采用变频调速的节能预算
调速风机效率高是风机变频调速节能的最主要原因，因此，在实际改造项目中根据风机运行工作点、风机特性曲线和效率曲线进行节能预算，才能获得与实际结果相近的计算值，方法如下：已知实际运行时风机的全压、流量，查得其特曲线上的工作点和风机此时的效率ηf0，再根据等效率曲线推算变频调速后的风机效率ηf1,若忽略传动效率ηd,电动机效率ηg的变化，变频器实际运行效率ηc，已知风机原工频运行工况的电动机输入功率Pg0，即可得改造后的变频输入功率Pg1
Pg1= Pg0/ηc ×(1/ηf0-1/ηf1)
该式即为风机进行变频改造的基于效率的节能计算公式。
5、结语
在各生产企业中，风机的应用很广泛，传统的采用导流器(风门)进行节流，导致风机运行效率低，造成巨大的能源浪费，而且由于风机维护、维修的费用占到一些企业生产成本的7％～25％；采用变频调速控制方式将大大提高风机设备的运行效率，节能降耗，降低生产成本。一般企业在进行变频改造前，特别是采用高压变频调速设备前，由于一次投资较大，需进行节能预算和资金回收期的经济效益分析。变频改造的节能分析要做到准确可信，要注意对风机工况、特性曲线、运行效率的掌握。
论文作者:刘波
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
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