高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用（共8篇）

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇1

采用新型高压大功率电力电子器件、直接“高-高”方式的高压变频器，具有体积小、效率高、结构简单、运行可靠等特点，变频器装置采用不可控24脉冲移相整流和全控器件进行开关调制，具有很高的输入侧功率因数、优良的调速性能和转矩控制性能。高压变频器通过改变电动机运行频率，在很宽的转速范围内进行高效率的转速调节，可以取得很好的节电效果，在风机和水泵的节能改造上已经得到广泛验证。

国电双鸭山发电厂3、4号机为210MW火电机组，和3、4号机组配备有6台6kV/570kW灰浆泵电机，电机型号JS512-8，额定电流69A，额定转速730r/min。其中，6#灰浆泵是二级泵，和5#灰浆泵配合使用。在安装变频器之前，6#灰浆泵是根据前池液面的高度决定启、停电机。这样就存在两方面问题:一方面为了适应生产工艺要求，需要每天根据前池液位和冲灰管的需要不断切换、启停电机，前池液位高度得不到很好控制，而且频繁工频启动电机对电机造成很大冲击; 另一方面存在节流损失，造成电能的浪费。为了进一步优化灰浆泵运行工况，节省电能，所以对6#灰浆泵电机进行高压变频改造。

6#灰浆泵电机在高压变频器改造之后，通过调整6#灰浆泵变频器的运行频率(电机转速)来调整前池液面的高度，这样5#灰浆泵可以一直在最佳效率下工频运行，从而减少了操作6#灰浆泵开关的分合次数，减小了电机工频启动造成的冲击，进一步优化了生产工艺，并且节省了电能。

2 灰浆泵运行工艺和变频改造技术方案

2.1 6#灰浆泵运行情况及变频改造技术方案

(1) 在灰浆泵运行现场，变频器到电机之间的高压电缆经常发生单相对地放电或单相直接接地的情况。在这种情况下，要保证不能损坏变频器，并且变频器要能发出报警停机信号以便现场人员及时处理。因此，要求变频器输出能承受单相接地的能力，相应变频器的输出滤波器电容中性点不能直接接地，而是需要通过电容接地。

(2) 由于6#灰浆泵属于二级泵，所以在启动6#灰浆泵变频器运行之前，5#一级灰浆泵通常已经在运行，将会推动6#灰浆泵电机运转，变频器相当于飞车启动。所以变频器启动时需实时检测电机运行频率，根据该运行频率带动电机启动。

(3) 6#灰浆泵变频运行要求能对前池液位高度闭环控制，自动调节电机的转速。

(4) 由于灰浆泵运行时，在前池液位很低的时候有可能造成负荷过大甚至堵转的情况，因此要求变频器有过载能力以及过流保护措施。

综合上述因素，从目前国内、外主要的两种高压变频器拓扑结构中，选择基于IGCT的三电平中性点箝位的拓扑结构。三电平拓扑结构具有以下优点:开关功率器件数少、IGCT开关电流大、过流能力强、结构简单、可靠性高、适合负载冲击较大的应用场合。

在控制方面，灰浆泵前池液位设置压力式水位传感器，将测量得到水位高度信号，变换为4～20mA标准信号，由电流环接口送给变频器; 变频器计算出当前水位与控制水位之间的偏差，通过变频器内置的数字PID调节器改变变频器的输出频率，调节电动机的转速，进而控制灰浆泵前池液位的高度。

2.2 三电平中点箝位电路原理结构图

基于IGCT的三电平中性点箝位的高压变频器结构简单，主体由整流器、逆变器和滤波器组成。如图1所示，整流器采用24脉冲不控整流，由移相15°的24 脉波移相整流变压器和四重三相整流桥构成，这样可以满足对输入端的电流谐波要求，

直流环节由共模电抗、IGCT保护及充电限流电阻和直流电容(C1、 C2)构成。

三电平逆变器由di/dt吸收电路(由阳极电抗及嵌位电路组成)和12个IGCT组件构成的三电平逆变桥组成。

三电平结构的变频器需要拖动6kV电机，所以变频器直流母线电压需要10kV。实际运行时，两个处于关断状态的功率组件需要承受10kV的电压，这样每个组件要承受5kV。在主开关功率器件IGCT工作耐压只有4.5kV的条件下，需要采用两只串联的方式组成一个功率组件。

变频器内置输出滤波器由三相滤波电抗(La、Lb、Lc)和三相滤波电容(Ca、Cb、Cc、Cn)构成。滤波器使变频器输出到电机的电压和电流波形更加接近正弦波，而不需要电动机降容使用。

高压变频器内部采用无熔断器结构，电路的主保护主要由保护IGCT来实现，其动作时间在μs级。

2.3 新一代高压变频器控制系统的改进

我公司第一代变频器采用工控机进行信号处理，控制的实时性得不到保证。由于变频器要采用优化的PWM控制算法控制电机，需要主控系统控制器具有更高的运行速度和处理能力、更大的存储器和外部信号处理端口、具备浮点运算的能力。因此，新一代的变频器控制器选用浮点数字信号处理器DSP和大规模集成电路的 FPGA相结合的方案，DSP主要负责采集的信息和运算处理，FPGA根据处理结果转化为相应的控制脉冲，控制实时性大大提高。图2是新一代高压变频器主控板的硬件框图，它与第一代控制器相比，更能适应高性能的矢量控制算法的要求。

3 II期6#灰浆泵高压变频器现场调试运行和节能分析

3.1 变频器系统的控制调试

灰浆泵的流量是根据机组的负荷大小和冲灰工艺需求控制的，水流量的变化较大，有时呈阶梯状特性，水位波动比较大。水位压力式传感器需要选择合适的测量点，否则会因为水池内水流因素和水面波动引起测量的不稳定性。经过现场测试，选择了水流变化不大的靠池壁位置。经过调试，建立了一个合适的模型和PID控制参数，通过闭环跟踪水位变化，稳定控制前池液面的高度，优化了生产工艺。

另外，变频器还可以选择运行在开环状态，通过电厂DCS信号控制变频器的输出频率。

3.2 变频器节能分析

II期6#灰浆泵进行变频改造的一个重要原因是节约电能。电机变频运行节能的原理在许多资料均有论述，这里不做讨论。通过II期6#灰浆泵的工频旁路运行和变频运行的实际数据来说明变频的节能效果。

根据以上数据，采用变频运行后，24h可节约电量9380-6360=3020kWh。采用变频器后节能32%。由以上实际运行数据可以看出:电机变频运行不仅满足了工艺要求，同时能节约大量电能。经过几个月的连续运行，II期6#灰浆泵的变频改造后，节能效果显著。灰浆泵属于火电机组的公用设备，年运行时间长，可以为电厂节约15～30%左右的能源。

4 结束语

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇2

能源是人类生存和发展的重要物质基础, 随着生产规模不断扩大, 能源将成为今后相当长时期内制约经济发展的突出瓶颈。为缓解能源瓶颈制约, 根本出路是坚持生产与节约并重、大力推进节能降耗, 节能增效, 提高能源利用效率。发电厂作为能源能量转换的重要场所, 同时也是能源消耗的大户, 如果所有发电厂在节能增效方面都有所作为, 不仅可提高企业本身的竞争力, 无疑也对整个社会做出了巨大贡献。

1 机组概况

珠海洪湾燃机电厂装机容量为2×180 MW的燃气-蒸汽联合循环机组。其中燃机为美国GE公司生产的PG9171型燃气轮机, 锅炉为杭州锅炉厂生产的型号为Q1153/526-174 (33.9) -5.8 (0.62) -500 (254.8) 的余热锅炉, 高压给水泵是德国KSB公司生产的HGC4/8型多级离心泵, 额定流量214 m3/h, 扬程930 m, 电动机额定功率为750 k W。在工频状态下给水泵出口压力达9.50 MPa, 给水调阀开度只有45%左右, 形成了“大马拉小车”现象, 在调峰阶段运行时给水管道剧烈振动、噪音很大、调节阀磨损严重。因此, 对该厂的高压给水泵进行改造十分必要。

2 节能改造方案

目前, 在电力系统中对泵节能的改造通常有两种方法:a) 对泵的本体结构进行改造, 即采用切割叶轮的方式进行;b) 进行变速 (如变频) 调节改造。这两种改造方式各有优缺点, 具体要由改造需求和改造条件决定。泵本体结构改造的优点有:改造简单、改造量小, 节能效果好, 改造费用少, 周期短。但其缺陷也是明显的:

a) 只适用于长期处于某一固定工况下运行的泵组, 改造时只要计算出实际运行需要的叶轮尺寸即可, 如发电厂的循环水泵改造等, 对需要变工况运行的泵组不适合;

b) 改造后的泵组只是简单地降低了出力、减少多余能耗, 但泵组运行的效率不高。因为叶轮尺寸变化后会改变与原来蜗壳的最佳匹配, 偏离了原先设计的最佳效率曲线;

c) 可改造裕度不大、调节范围有限。因为离心泵的工作原理就是通过叶轮对流体施加离心力来提高流体的机械能, 如果需深度调节就意味着切削尺寸较大, 当再需要满载运行时就无法实现。

当前, 新型高压大功率变频调速装置在电厂中得到广泛应用, 应用效果很好。高压变频器具有以下优点[1]:

a) 高压大功率变频调速装置采用先进的整流器技术, 降低了输出电流的谐波, 减小了电动机启动时的峰值电流和峰值时间, 减低了对电网的影响;电动机实现了软启动和停止, 不易发生操作过电压而导致电动机的绝缘损坏, 延长电动机和驱动辅助设备的使用寿命。同时, 高压变频器还设置了共振频率跳转功能, 使得在共振点附近运行的辅助设备工作更稳定, 减少轴承磨损;

b) 对速度的调节和控制能由机组DCS (集散控制系统) 完成, DCS可实现对变频器的输入、输出及报警等信号的采集, 优化控制策略;

c) 通过变频器来调节转速, 可减少相应系统挡板或阀门处节流损失, 可实现匀匀调速, 从而满足负载变化的需求, 降低设备能耗, 达到节能降耗目的;

d) 高压变频器是成套完整的设备, 安装及调试周时间短。如果给水泵采用高压变频器调速控制, 不用改变水泵基础和结构布局、无传递损失与转差率, 泵输出力不变, 可按照机组的任一负荷来变速调节, 节能效果好, 任何负荷都能起到节能效果。但投资成本大, 维护成本高[1]。

根据锅炉铭牌参数, 额定运行压力为5.8 MPa, 按照锅炉设计导则, 考虑到沿程阻力损失, 一般选取系数为1.15[2], 这样运行所需最大给水出力只需5.8×1.15=6.67 MPa, 显然原来选配的高压给水泵出力比实际额定负荷状态高出约30%, 况且该厂机组在电网中定性为调峰机组, 在实际运行中很难达到满负荷, 因此节能空间很大。综合以上各方因素, 该厂选取变频改造方案来实施节能改造。

3 方案实施及设备选型

由于此次改造是在机组投产2 a后才进行的, 原先基建设计时留下的空间有限, 不能做大幅度整体改造;另外综合考虑改造时的投入及后续维护费用等素, 该厂决定采用一拖二的改造思路。即一次电气接线, 如图1所示。图1中, QF1、QF2为1#、2#高压给水泵电动动机断路器;QS1、QS2为1#高压给水泵电动机变频器进、出口隔离开关;QS4、QS5为2#高压给水泵电动机变频器进、出口隔离开关;QS3、QS6为1#、2#高压给水泵电动机工频隔离开关;VVVF为变压变频调速装置。

图1中2台高压给水泵电机共同采用一套变频调速装置, 可带其中任意1台电机运行。这种方式即满足高压给水泵“一备一用”的运行要求, 同时也提高了变频器的使用效率。

改造思路和方案确定后, 该厂通过招投标的方式最后选取了北京利德华福电力技术有限公司生产HAVREST-A06/80型高压变频器调速系统。该变频器电压源直接高压输入, 直接高压 (3 k V、6 k V、10 k V) 输出;由24个功率模块组成, 当少数功率单元故障时, 变频器可通过其旁路运行, 系统不停机;可和用户现场DCS系统灵活接口, 满足不同用户的需求。

4 改造出现的典型问题及处理

4.1 变频器故障自动切至工频泵时工频电机过流

主要原因是:变频泵运行时高压给水调节阀全开, 突然切到工频泵后给水调阀来不及关小导致给水流量过大, 造成刚启动的工频电机过流。采取的措施:

a) 经过试验发现给水调阀从100%关闭至80%过程中, 高压给水出口母管压力变化不大 (最大只有0.03MPa) , 这说明此调阀最后20%的行程节流较小。因此将电机在变频运行的调阀开度设定为95%, 为变频器故障时阀门回调赢得时间;

b) 通过修改逻辑, 适当延长电机过流保护时间。该厂经过多次试验发现机组在额定负荷状态突然切至工频泵运行, 总过流时间最长约为13 s, 且超出的电流不大于20%IN (IN为额定电流, A) , 短期对电机影响不大, 因此将电机过流保护时间由原来的9.6 s修改为15 s。

4.2 主蒸汽减温水不足

与锅炉配套的减温水系统是在高压给水泵工频运行状态下设计的, 改造后高压给水母管压力由原来的9.50 MPa降低到变频泵运行的6.5 MPa, 即便是减温水调节阀全开也无法满足减温要求。采取措施:通过计算, 改造高压主蒸汽减温水系统, 加大减温水管径, 确保减温水量满足运行需求。

5 给水系统改造后节能效果分析

从改造后运行参数来看, 机组满负荷运行时给水泵电机电流由原来69 A降至约42 A左右, 实际节约成本如下。

5.1 改造前工频运行功率

式 (1) 中, P1为改造前的电机运行功率, k W;U为电机电压, k V;I为电机电流, A;cosф为电机运行功率因素。电机铭牌功率因数为0.89, 运行功率时略低, 本次计算取0.87。

5.2 改造后变频运行功率

机组满负荷时, 给水泵出口压力为6.5 MPa左右, 折算为水柱约650 m。变频改造后阀门全开, 运行效率与额定效率相当, 由于功率和Q×H成正比例关系, 故有:

式 (2) 中, P2为改造后的电机运行功率, k W;PN为电机额定运行功率, k W;Q1、Q2分别为改造前、后的泵组额定给水流量, t/h;H1、H2分别为改造前、后的额定扬程;η1、η2分别为改造前、后给水泵运行效率, 一般为0.78~0.83, 为保守计算, 认为改造前效率很高, 改造后效率很低, 本次η1选0.83, η2选0.78;η为变频装置效率, 一般为0.90~0.96。本次选取0.94。

根据实际工况进行节能计算如下:

该厂年均机组运行时间按3 500 h考虑, 电价按 (含税) 0.745元/ (k W·h) 计算, 每年节省费用为: (655-426) ×3 500×0.745=59.72×104元。

按技改费用约120×104元, 预计2 a左右能收回投资, 达到可行性报告的要求。以上计算是在满负荷状态设定的, 如果考虑机组实际长时间调峰运行节能效果会更显著[3]。

6 结语

通过对发电厂给水泵变频器的改造, 有效降低给水系统整体电耗, 收到效果明显, 这也是目前电厂节能改造的主要方向和措施, 此外还减少工频状态下电动机起动时的电流冲击及给水管道系统噪声、振动偏大问题。为电厂进行供水泵变频改造提供参考数据。

摘要：以珠海洪湾燃机电厂为例, 叙述了其机组概况, 提出节能改造方案, 分析了方案实施及设备选型、改造出现的典型问题及处理, 并进行了给水系统改造后的节能效果分析。

关键词：发电厂,高压变频器,给水泵,节能改造,效果分析

参考文献

[1]李青, 高山, 薛彦廷.火电厂节能减排手册[M].北京:中国电力出版社, 2010.

[2]中国标准出版社, 全国锅炉压力容器标准化技术委员会锅炉分技术委员会.中国电站锅炉技术标准规范汇编 (第6卷) [M].北京:中国标准出版社, 2014.

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇3

【关键词】燃机电厂；凝结水泵；高压变频器

所谓变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。即变频调速系统是从电网直接接收工频50Hz的交流电，经变频器，将输入的工频交流电变换成为频率幅值都可调节的交流电直接输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行达到节能降耗，延长设备寿命的目的。

1.凝泵变频改造的必要性

张家港华兴电力有限公司现有从美国通用电气公司（GE）引进的2套SA109FA型燃气-蒸汽联合循环发电机组。由于燃气机组具有能耗低、启停迅速的优点，从而成为系统调峰的主力，机组启停频繁。

公司两台395MW燃机组各安装两台凝结水泵，运行方式是一运一备。凝泵电机始终在额定转速下运行，通过调节凝结水泵再循环调门及低压汽包水位调门开度实现对凝结水流量控制的目的。

在机组不同出力时，电机输出功率变化幅度不大，存在大马拉小车现象。在机组启停与低负荷时，为了维持凝结泵最小流量甚至还要打开旁路门。由于上述控制方式，造成节流损失、效率下降等，浪费了大量的电能。因此根据节能降耗的原则，参考相关兄弟单位的成功经验并结合我公司的实际情况，决定对凝结水泵进行高压变频改造。

2.凝泵变频改造方案的设计及设备选型

2.1高压变频器的选择

我厂选择了北京合康亿盛生产的HIVERT-Y06/031型高-高变频器。其不仅具有上述优点，还有其独特的空间矢量控制正弦波PWM调制技术，并配备有完善的保护及控制功能。

2.2凝结水泵变频方案的设计

2.2.1主回路方案的设计

由于我厂为燃机电厂，基本每天都有机组启停，且机组年利用小时数不高，因此决定凝结水系统变频改造采用一拖二加旁路方案。即单机配备一台高压变频器，通过切换高压隔离刀闸把高压变频器切换到要运行的凝结水泵上去。两台凝结水泵均具备工频旁路功能，可实现任意一台泵的变频运行，另外一台处于工频备用工况。在机组运行时，投运变频状态的凝结水泵，当高压变频器故障时，系统通过联锁启动另一台工频电机及时投运。

2.2.2控制方案的设计

我厂凝结水泵变频改造的基本原则是要保证省煤器出水品质能满足运行要求，并可以在工作泵跳闸、低水压等特殊工况发生时保证机组正常运行前提下进行变频改造。改造要充分利用现有的设备与系统，原有调节门全开以减小节流损失，当高压变频器跳闸后，备用凝结水泵以工频方式立即启动，将凝结水打至出口母管，以保证在变频器跳闸时水位的稳定。

2.2.3冷却系统的方案设计

由于凝泵高压变频器在运行过程中有一定的热量散失，且主要集中在功率单元模块上。如果不采取有效地散热措施，热量大量积累会导致功率单元温度的升高，造成变频器超温故障，从而不能正常工作。经过与相关电厂的交流，洗去了他们的经验教训，摒弃了不合理的设计，并结合我厂的实际情况，考虑冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间，针对实际安装位置、发热总量、运营成本、施工费用等因素，此次变频改造采用了强制密闭式空调冷却方案。

3.改造中遇到的一些问题及建议

（1）在连接柜内高压电缆时，发现所配高压电缆长度不合适，且电缆连接处开孔尺寸与电缆头开孔不匹配，增加了电缆的施工难度。考虑设备有一定的供货期，建议变频器厂家在此期间与用户及配套厂家充分沟通，了解现场实际情况，明确电缆的敷设方案。在此基础上再确定柜内连接电缆的长度，减少现场施工的难度。

（2）变频隔离变压器与功率单元柜顶均配有一台冷却风机，电源取自经隔离变压器转换后的低压电源，在高压受电后直接启动。由于电厂提供有双路切换交流电源，可靠性较高，可以考虑将风机电源取自电厂所供交流电源，使风机这种附属设备与主设备的电源隔离，保证安全性。

（3）由于电厂配有工业级的大功率UPS不间断电源，且一般是由双路交流及一路直流电源共计3路电源供电，因此可靠性很高。高压变频器的控制电源是双路电源设计，这里建议厂家在设计时直接采用电厂提供的UPS电源来作为其中的一路控制电源，这样可以提供更高的可靠性。

4.运行中应注意的一些方面

（1）由于变频隔离变压器为开放式布置，环境温度及空气中灰尘对其影响很大。变频隔离变压器在正常运行的温升比较大，当长时间运行后进风口滤网会由于灰尘过多造成冷却风量减少，造成变压器超温现象。建议定期清洗或更换变压器的滤网，保证冷却效果。

（2）每月定期对凝结水泵进行切换运行，凝结水泵启动试验时间不少于15min，以保证备用凝结水泵处于良好状态。

（3）由于使用原有电机，不是专用变频电机。考虑到电机的温升及散热情况，结合运行工况，变频器启动频率应不低于30Hz。

（4）由于燃气机组启动时间很短，因此在启动时不需启动工频泵，只需要将变频器输出频率提高至接近工频状态来保证水量。但这种状态下变频隔离变压器发热量很大，因此在启动结束后应及时将变频器输出频率降至正常运行状态，避免变压器长期高温运行状态。

（5）当变频器发出异常信号时，应及时启动工频泵，退出变频泵并通知维护部门检查，不可继续运行。

（6）由于凝结水泵电机改变频后凝结水母管压力及流量均发生较大变化，原有联锁保护逻辑已无法满足运行需要，需对原有保护逻辑进行修改。

5.改造后的效果

（1）燃机电厂由于有其特殊性，最大负荷随环境温度变化。我厂燃机的最低负荷为280MW，此时凝泵变频输入电流为21A，而改造前为45A，此时节能效果可达到50%以上。当冬季最大负荷400MW时，此时凝泵变频输入电流为31A，而改造前为48A，此时节能效果可达到35%以上。可见进行凝泵变频改造后节能效果是相当明显的。

（2）电机直接启动时的最大启动电流一般为额定电流的6～7倍。观察变频器启动的负荷曲线，可以发现它启动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，不会超过额定电流。因此凝泵变频运行延长了电动机和开关的使用寿命：避免了启动电流、启动转矩对电机的冲击，延长电机使用寿命。

（3）由于正常运行变频器输出频率基本在40Hz左右，电机转速比较低，减轻了轴承的磨损，降低了轴承温度，延长了轴承使用年限，降低了检修费用。

（4）电机在变频运行时由于电流的降低，减少了发热量，使定子线圈的温度也有明显下降，经观察正常运行工况下，定子线圈的温度比工频运行状态下降低约20℃，延缓了定子线圈绝缘的老化，延长了绝缘寿命。

（5）由于凝泵电机及水泵在较低转速下运行，机组运行中保持低压汽包水位调门始终处于安全运行最大开度状态，降低了水位调门的节流损失。 6.结论

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇4

1、工程概述

炼钢厂现有原设计公称容量15吨氧气顶吹转炉三座，2000年对转炉进行了扩容和氧枪改造。2001年二炼钢厂全年共产钢90.6万吨，转炉平均出钢量为22吨/炉，装入量为24吨。2002年二炼钢全年共产钢104.5万吨。

随着国民经济的高速发展，需要在现有设备条件下尽力挖掘设备潜力，提高钢铁产量。根据我们调查和分析，限制二炼钢厂综合产钢能力提高的主要因素是转炉系统产钢能力不足。

转炉产钢能力主要受出钢量，转炉作业率和缩短冶炼周期等因素制约。为实现150万吨综合产钢能力，除了对转炉扩容外，还必须提高转炉作业率和缩短冶炼周期。通过理顺物流，可减少转炉等待时间2.5分钟；提高铁水质量，增加供氧强度，缩短供氧时间2.5分钟；稳定原料成分，减少波动，可提高转炉一次倒炉出钢率，缩短终点倒炉取样及测温时间1.5分钟。冶炼周期可从现在的29.47分的基础上缩短至23.5分钟以内，使二炼钢厂的综合产钢能力达到150万吨。

在市场竞争日益激烈的前提下，炼钢厂积极采取措施在增加产量的同时降低消耗，使企业在市场竞争中增加竞争力。

2.调速方案的选择

炼钢厂在2003年6月扩建炼钢厂设计综合产钢能力为150万吨，其三座转炉分别配置三套除尘系统，该系统一方面将燃烧不完全的煤气回收，另一方面通过除尘风机排除剩余烟气，为满足钢厂节能及环保的要求，除尘风机根据炼钢工艺在吹氧及炼钢时高速运行，其余时间为低速运行。

为了满足生产工艺，使系统的运行符合工况，肯定需要系统有良好的调速性能。传统的解决办法是采用液力耦合器调速技术方案、直流调速技术方案以及其它方式的调速方案。一般采用液力耦合器进行风机调速的居多，由于液力耦合器本身的技术缺陷，在该系统中已难以较好地满足生产工艺要求，这些缺陷有：

a．采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速相应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。

b．液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40％～90％之间；

c．电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。

d．在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。

e．液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费。

f．液力耦合器工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求；因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用，其维护费用较高，g．液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停机检修。

h．耦合器运行时间稍长，会漏油严重，对环境污染大，地面被油污腐蚀严重。

i．风机和电机的运行噪音大，达到90dB左右，严重影响操作人员的身体健康。

从以上情况来看，如果使用液力耦合器，会制约昆钢二炼钢厂节能降耗，降低生产成本，提高生产效率，增加企业竞争力的目的。

由于使用液力耦合器有这些固有的缺陷，现在有很多企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，取得了良好的应用效果。

2003年6月，炼钢厂和变频器厂家经过技术磋商，决定在1号转炉的除尘风机上进行变频改造，以满足风机调速的要求，改善工艺状况。

3.变频改造方案实施

除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨

额定转速： 2950r/min 功率因数： 0.89 风机参数如下：

风机型号：D1100 额定流量：66000m3/ h 全压：24658 Pa.g 效率：95.5% 2003年8月底变频器发往现场，9月中旬变频器完成了现场的安装调试工作并正式投入生产运行。

变频器从制造到正式投入使用，所用的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，保证了1号转炉的技术改造的周期和正常的生产。

同传统的液力耦合器比较，高压变频器有以下优点：

（1）运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。

（2）节能效果较为显著，大大降低了吨钢电耗。

（3）电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机会处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机和风机的使用寿命和维修周期，提高了设备的使用寿命。

（4）变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。

（5）变频器同现场信号采用可靠的连接方式，控制方便，性能可靠，满足炼钢生产的需要。变频器内置有PLC，现场信号接入灵活。在控制逻辑上，由现场（转炉）为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；由变频器自身的频率输出进行转速测定，可以取消原来同电机相连的测速器，由变频器为现场直接提供电机转速指示。

（6）设备适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9kV，或者电压低至5.5kV变频器仍能正常运行。

（7）同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者对液力耦合器进行维修，避免了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。

（8）由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都明显低于采用液力耦合器的系统，这样可以延长风机系统的使用寿命。

从现场投运来看，该变频器通常运行在高速和低速两种状态，当转炉在吹氧和炼钢时，变频器由低速转入高速状态，上升时间要求在1分钟之内完成，否则在吹氧和炼钢时要产生大量的烟气，若不能及时排出烟气，将会影响到生产甚至现场工作人员的人身安全。经过现场多次运行，高压变频器完全能够满足这项技术要求。其次，从高速到低速也完全满足工艺的要求。

4.经济分析

根据扩建后炼钢工艺要求，炼一炉钢为23分钟。由风机中控室根据下氧枪信号给变频器一高速信号使变频器运行在高速状态，时间为8～12分钟，根据转炉出钢信号使变频器运行在低速状态，时间为11～15分钟，其中，高速状态为43HZ（2500转/分钟）；低速状态为18HZ（1000转/分钟）。

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇5

1 设备概况

徐州垞城电力有限责任公司#5机组采用的是WGF440/13.7-1型超温超高压、一次中间再热、自然循环、平衡通风、循环流化床 (CFB) 锅炉, 每台机组配置两台一次风机, 其风机与拖动电机采用连轴器联结, #5机组一次风机风门的开度常年工作在25%~42%之间, 这导致风机运行效率较低, 有相当的能量损失。而改造前一次风机的电耗占到总体电耗的20%左右。

1.1 一次风机主要参数

1.2 一次风机电机主要参数

2 变频器改造方案

2.1 高压变频调速节能原理

高压变频器从功率控制角度来讲, 是典型的控制定子电磁功率从而间接控制转子电磁功率的调速的调速, 进而实现了异步机机械功率控制, 达到调节转速的目的。一言以概之, 高压变频器的节能原理就是:改变风机的转速来实现对风机的风量调节。高压变频器是通过改变风机的转速来实现对风机的风量调节从而达到节能的目标, 这种方法不必对风机及其电机本身进行改造, 转速由外部调节, 风机档板可处于全开位置保持不变, 并能实现无级线性调节风量, 完全消除风机挡板造成的节流损失。

2.2 SH-HVF高压变频器的技术原理

SH-HVF变频装置采用直接高高变换, 多电平串联倍压的技术方案, 优化的PWM控制算法, 实现优质的可变频变压 (VVVF) 的正弦电压和正弦电流的输出。整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6k V系列有18个功率单元, 每6 (5+1) 个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致, 可以互换, 为基本的交-直-交单相逆变电路, 整流侧为二极管三相全桥, 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。

2.3 技术方案

为了充分保证系统的可靠性, 变频器配置方案均采用一拖一方式, 改造后接线如下图1:

高压电源经高压开关DL经输入刀闸K1到高压变频装置, 输出经出线刀闸K2送至电动机;高压电源还可经旁路刀闸K3直接起动电动机。DL保留用户原断路器, K1、K2、K3安装在一个刀闸柜中与变频装置配套。K2与K3之间通过机械闭锁, 防止误操作。

2.4 变频器启动流程

2.4.1 高压6KV上电前准备工作

变频器控制电源检测 (目测触摸屏以及PCB板电源指示灯) ->K1、K2两刀闸合上 (核对触摸屏上是否为合) ->将柜体旋钮开关选择为“远程”“变频”, 并在触摸屏上核对->6KV高压准备就绪。

说明:K1、K2两刀闸在高压断路器未合前由操作人员手动闭合。

2.4.2 DCS上远程变频启动

DCS画面观看就绪信号 (就绪来到即可远程操作) ->合上6KV高压, 顺控启动变频器, 按照顺控操作, 检查风门开合情况 (应该为全关) ->K1自动合, 接着自动合K2, DCS画面出现“变频运行”->变频器根据转速, 运行无故障后, 接着先全开入口门, 然后调节变频升速自动升降频。

3 改造后项目节能测试

改造后, 维持机组运行负荷为120mw, 一次风量为120KNm3/h, 将一次风机进行工/变频分别运行72小时, 录取电度表读数, 可以直观地看出变频器的节能效果。附表1如下:

可以看出, 在负荷为120mw情况下, 两台一次风机电耗由改造前的1.6%降至改造后的1.07%, 节约厂用电率0.5%, 年节电370万kw h, 节电效果明显。此外采用变频改造后, 还可获得间接效益:1) 变频改造后, 实现电机软启动, 启动电流小于额定电流值, 启动更平滑;2) 电机以及负载转速下降, 系统效率得到提高, 取得节能效果。3) 由于电机以及负载采用转速调节后, 工作特性改变, 延长设备使用寿命。4) 功率因数由原来的0.918左右提高到0.95以上, 减少了线路损耗。5) 降低风机转速, 降低了厂房噪音。

4 结语

随着电力行业改革的不断深化, 厂网分开、竞价上网等政策的不断实施, 降低厂用电率, 降低发电成本提高电价的竞争力, 成为各火力发电厂追求的目标, 善于变频技术于电厂一次风机改造, 会显著降低厂用电率, 提高电厂运行效率, 值得推广。

参考文献

[1]王贺岑, 邹文华等.风机变频改造节能技术在火电厂的应用[J].中国电力, 2002.

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇6

关键词：高压变频器,自动控制,应用

1 高压变频器的原理和控制技术分析

1.1 多重化单元串联式技术在高压变频控制中的应用

高压变频控制实现的主电路方面, 得到普遍关注并取得了较好实现效果的是多重化单元串联式技术的应用。就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成, 各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电, 以高速微处理机和光导纤维实现控制和通信。该技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器产生的谐波问题, 可实现完美无谐波变频。它由多个低压功率单元串联而成, 通过低压功率单元的输出叠加起来得到高压。

所有的功率单元都接收来自同一个中央控制器的指令, 这些指令通过光纤电缆传输以保证绝缘等级达到6kv以上。为功率单元提供电源的变压器次级绕组在绕制时相互之间有一定的相位差, 这样消除了大部分由独力功率单元引起的谐波电流, 所以初次电流近似为正弦波, 因而功率因数较高, 满载时可达到95%, 对电网谐波污染小, 输入电流谐波畸变小于4%, 电网输入电压波形畸变小于2%, 无需谐波滤波器和功率补偿装置。

由于单元串联式多电平变频器的输入、输出波形好, 对电网的谐波污染小, 输出适用普通电动机, 近几年发展迅速, 逐渐成为高压变频调速的主流方案。同时, 功率单元旁路方案大大提高了单元串联式多电平变频器的可靠性, 从很大程度上弥补了元器件个数多且导致可靠性降低的问题。单元串联结构决定了这类变频器很容易实现模块化设计, 适合大批量生产, 形成产业化规模。

1.2 单元串联多重化变频器的优点是

1.2.1由于采用功率单元串联, 可采用技术成熟, 价格低廉的低压IGBT组成逆变单元, 通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求。

1.2.2完美的输入输出波形, 使其能适应任何场合及电机使用。

1.2.3由于多功率单元具有相同的结构及参数, 便于将功率单元做成模块化, 实现冗余设计, 即使在个别单元故障时也可通过单元旁路功能将该单元短路, 系统仍能正常或降额运行。

2 高压变频器在高炉冷却水泵组上的应用

2.1 现场工艺及设备概况

某炼铁环水泵站3号泵组共计两台泵, 一备一用, 采用母管制供水。冷却泵从吸水池取水, 将一定的压力和流量的冷却水供给高炉冷却壁和热风炉热风阀冷却用, 以达到满足高炉冷却水生产要求的目的。

2.1.1 设备参数

系统采用了广州智光电机有限公司生产的ZINVERT-A6H1250/06Y型高压变频器。

2.1.2 高压变频器的主回路设计原理

通过变频调速调节水泵出力以满足工况需要。采用一拖二自动旁路方案。变频器安装于室内, 采用风冷管路散热。

系统基本原理:如图是在一备一用两台泵双路电源情况下, 一拖二自动旁路的典型方案, 它是由四个高压隔离开关QS1~QS4和六个真空接触器组成。其中QS1和QS2, QS3和QS4, KM1~KM6做电气联锁。如果M1工作在变频状态, M2可以在工频状态备用;相反如果M2工作在变频状态, 则M1可以在工频状态备用;如果检修变频器, 两台水泵都可以工频运行。正常情况下, 允许任一电机工作在变频状态。

变频运行中出现故障情况时:

(1) 如果变频设备运行中出现故障, 设备通过真空接触器自动从变频运行状态切换到工频运行状态 (即自动旁路) , 实现电机工频运行。同时给控制室发出声光报警信号, 以提示值班人员手动调节泵出口阀门开度, 保证母管供水压力的稳定。系统从变频运行状态自动切换到工频状态的切换时间小于2秒, 切换时能保证水泵不用停机、供水不间断。切换时不允许QF1 (QF2) 开关动作。

(2) 功率单元是变频器核心部件, 为此设计时对功率单元配置单元旁路功能, 如果变频器模块内部出现故障时, 变频器可将故障单元旁路掉继续运行, 不能造成突然停机的情况发生。变频器采用5+1备份, 旁路掉一个单元不会影响变频器的输出功率。

(3) 如果仪表出现测量误差:为保证系统的稳定性, 变频运行时可以在变频器监控界面中设定变频器最低运行频率值, 这样就可以防止闭环控制系统因检测、传输过程中出现的可能信号失真造成水泵无法满足高炉供水的情况发生。

(4) 控制电源出现故障:为变频器提供的交流控制电源掉电时, 变频器可以通过内部配置UPS供电使控制系统继续运行达30分钟。

2.2 系统控制方案

由安装于母管上的两个压力变送器提供4~20m A输入控制量, 变频器通过内部运算实现系统闭环运行。本地控制:利用系统控制器上的键盘、控制柜上的按钮、电位器旋钮等就地控制。远方控制:系统提供数字和模拟输入接口, 由上位机实现监测和控制。

2.3 节电效果

针对炼铁高炉冷却泵各工况所需水流量的不同, 用变频器调节电机转速来调节供水母管压力使之恒定, 达到闭环控制目的, 实现降低电机运行频率节能目的。改造前后, 运行参数水压、流量相同的条件下每天节电2000KWH, 水泵电机电流由95降至75A, 年节约电量72万, 节电率达13%左右。

间接效益评价:

(1) 高压变频器在工频以下连续改变电源频率实现电机软启动, 启动比较平滑, 减小启动电流对电机、轴承、风机的冲击, 延长设备寿命。

(2) 由于高压变频器能根据冶炼工艺各个阶段控制风机引风量, 减小电炉热量损失, 间接节约能源。

(3) 电机振动因转速降低而减小, 降低风机运行噪声, 改善设备运行环境。

(4) 高压变频器为高-高电压源型单元串联多电平结构, 功率因数可高达0.95, 降低了电网侧的谐波污染。

3 结束语

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇7

送风机是火电厂重要的辅助设备之一。随着发电负荷的大范围调整, 送风机的风量需要随着发电负荷的变化而改变, 其经常在工频状态下低效率运行, 导致大量的能量浪费在风道挡板上。采用高压变频技术不仅可以减少能源损耗, 而且可以有效控制实时变化的风量。锅炉送风机是目前火电厂中应用高压变频器调速技术进行节能改造的主要对象。由于风机的调速范围宽, 节能潜力大, 使用高压变频器改造, 可以达到较高的经济性和安全可靠性。

1 高压变频器调速节能原理

高压变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率, 从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理, 交流异步电动机转速由下式确定:

式中:n-电动机转速;f-输入电源频率;s-电动机转差率;p-电机极对数。

由公式 (1) 可知, 电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。交流电动机的直接调速方式主要有:

(1) 变极调速 (调整p)

(2) 转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机 (调整s)

(3) 变频调速 (调整f)

其中高压变频调速的优点很多, 得到了广泛的应用。

风机、泵类属于二次方递减转矩的负载性质, 对于二次方递减转矩的这种性质负载, 其流量与负载的转速成正比变化, 压力 (扬程) 的变化与流量的变化成平方关系, 而其功率的变化则与流量的变化成立方关系;即当风机转速从N1变到N2后, 风量Q、风压H及轴功率P的变化关系如下:

其中:P1表示风机在N1转速下的功率, P2表示风机在N2转速下的功率, 上式表达出风机类功率与转速的关系。当风机转速降低后, 其轴功率随转速的三次方降低, 驱动风机的电机所需要的电功率亦可相应降低。

从上述分析可见, 调速是风机节能的重要途径。采用高压变频调速可以实现对送风机电机转速的线性调节, 通过改变电动机转速使炉膛负压、锅炉氧量等指标与送风机维持一定的关系。

2 高压变频器在送风机上的应用

2.1 送风机电机设备参数表

国电濮阳热电有限公司2×210MW供热机组共有4台送风机, 其所配电动机为4台1400k W, 6k V高压异步电机。2007年7月购得4套广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT-D系列高压变频器 (额定电压为6k V、额定容量为1600k VA) 。

广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT-D系列高压变频器采用模块串联方式, 通过将若干个独立的低压变频功率模块输出串联的方式实现高压直接输出。该系列高压变频器为"高-高"型变频器, 高压直接输入, 高压直接输出, 不需要升压变压器。高压变频器输入隔离变压器采用了移相变压器, 使得输入波形接近正弦波, 对电网谐波污染小;输出侧通过逆变器的PWM调制技术, 输出为多电平, 使得变频器的输出电压波形非常接近正弦波, 无需输出滤波器, 可直接接高压电机运行。高压变频器装置由变压器柜、模块柜、控制柜、旁路柜四个部分组成, 其原理如图1、图2、图3所示。

3 高压变频器与现场接口方案

3.1 高压变频器与DCS系统的接口方案

广东明阳龙源电力电子有限公司生产的高压变频器就地采用触摸屏控制, 远程采用DCS控制, 在控制中心可实现对变频器进行监控。变频器与DCS之间的信号接口方案如下:

3.2 高压变频器运行方式及控制逻辑

送风机高压变频器电气一次系统接线方式采用“一拖一”自动切换方式, 如图4:

6k V电源经真空接触器KM1、高压隔离开关QS1到高压变频装置, 变频装置输出经高压隔离开关QS2、真空接触器KM2送至电动机, 电动机变频运行;6k V电源还可经真空接触器KM3直接起动电动机, 电动机工频运行。KM3与KM1、KM2电气闭锁, 保证任何时候不能同时合闸。隔离开关QS1、QS2作用是:隔离变频器进行维护, 保证维护人员安全, 非维护期两个隔离开关处于合状态。QF与电动机为原有设备。

运行人员可以根据现场实际要求, 进行工频切变频, 变频切工频;还可以根据条件进行远方切换、就地切换;满足现场的需要。

4 送风机高压变频器节能效果分析

4.1 运行工况

100%负荷大概运行时间:500 h;运行电流:132A

90%负荷大概运行时间:500 h;风门开度:73%;出口压力:6.1kpa;运行电流:127A

80%负荷大概运行时间:1000 h;风门开度:66%;出口压力:5.8kpa;运行电流:121A

72%负荷大概运行时间:1000 h;风门开度:60%;出口压力:5.5kpa;运行电流:117A

58%负荷大概运行时间:2500 h;风门开度:40%;出口压力:4.3kpa;运行电流:104A

4.2 相应负荷电机实际运行功率

其中:P100表示100%负荷时电机实际功率;P90表示90%负荷时电机实际功率;P80表示80%负荷时电机功率;P72表示72%负荷时电机功率。P58表示58%负荷时电机功率。

4.3 使用高压变频后电机功率

使用变频电机对应实际功率估算如下:

根据风量Q、风压H及轴功率P的变化关系如下:

变频功率因数:cos￠=0.96

4.4 年节电量

A、工频运行年耗电量=1220KW×500h+1174KW×500h+1119KW×1000h+1082KW×1000h+989KW×2500h=5, 870, 500KWh

B、变频运行年耗电量=1220KW×500h+822KW×500h+762KW×1000h+704KW×1000h+2500KW×2500h=3, 702, 000KWh

C、单台送风机年节电量=5, 870, 500KWh-3, 702, 000KWh=2, 168, 500KWh

电价按:0.35元/KWh计算, 使用变频调速后;

每年为电厂节约电费=2, 168, 500KWh×0.35元/KWh=758, 975元

节电率= (2, 168, 500KWh÷5, 870, 500KWh) %≈37%

D、降低厂用电率

送风机用电量约占总厂用电的13%, 使用高压变频器后节电率按37%计算, 综合厂用电率按10%计算, 则改造后厂用电率为

(1-13%×37%) ×10%=9.5%

厂用电率约下降0.5个百分点

5 安全可靠性分析

5.1 减少电机启动时的电流冲击

电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的7倍;星角启动为4.5倍;电机软启动器也要达到2.5倍。观察变频器起动, 可以发现它启动时基本没有冲击, 电流从零开始, 仅是随着转速增加而上升, 不管怎样都不会超过额定电流。因此变频运行解决了电机启动时的大电流冲击问题, 消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力, 大大降低日常的维护保养费用。

5.2 延长设备寿命

使用变频器可使电机转速变化沿风机、凝泵的加减速特性曲线变化, 没有应力负载作用于轴承上, 延长了轴承的寿命。同时有关数据说明, 机械寿命与转速的倒数成正比, 降低风机、凝泵转速可成倍地提高风机、凝泵寿命, 风机、凝泵的使用费用自然就降低了。

5.3 降低噪音

送风机在使用高压变频器后, 降低风机转速运行的同时, 噪音大幅度地降低, 当转速降低50%时, 噪音可减少十几个绝对分贝。同时消除了停车和启动时的打滑和尖啸声, 克服了由于调门线性度不好, 调节品质差, 引起管道锤击和共振, 造成管道强烈震动的缺陷, 风机变频运行后, 噪音、振动都大为减少, 变化相当可观。

6 综述

高压变频器用于火电厂送风机的调节后, 能延长电动机与风机的使用寿命, 提高生产效率和机组自动化水平, 提高火电厂运行和供电的可靠性, 节约大量能源和检修费用, 为火电厂带来较大的经济效益和社会效益。特别是火电机组占全国装机容量的比例很高, 其大功率辅机具备由传统挡扳阀门调节改造为变频调节条件的很多, 改造后节能潜力很大, 特别对火力发电厂在节能降耗、提高经济效益、提高上网电价的竞争力方面发挥巨大的作用。

参考文献

[1]徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.北京.中国电力出版社.

[2]蒋多晖.火电厂大功率辅机电动机变频技术研究与应用.合肥工业大学.

高压变频器在电厂水泵节能改造上的应用篇8

众所周知，风机的选型是按照满负荷状态设计的，而实际生产过程中由于工况和产量的变化，系统所需求的风量也随之变化。大部分风机采用调节进、出风口阀门的开度来实现，而该方法是以增加风阻、牺牲风机的效率来达到要求的。如果利用变频调速技术改变设备的运行速度来调节风量的大小，既可以满足生产要求，又达到节约电能的目的。本文就高压变频器在我公司生料磨尾排风机上的应用作一简单介绍。

1 生料磨尾排风机存在的问题

(1)生料磨尾排风机使用电动阀门来控制风量，阀门开度一般在50%左右，大大浪费了电能。

(2)磨尾排风机的电动机采用6k V高压直接起动，起动电流大对电网造成冲击，从而影响其它设备的正常运行。

(3)由于电动机带动风叶一直运行在全速状态，导致风叶磨损严重、风叶更换频繁，致使机械维护量增大。

(4)排风机风叶一直运行在高速状态，在无法做到完全平衡的状态下易产生机械震动，进而使电机及风叶轴承损坏，导致电机频繁维修或更换。

2 实施高压变频器改造

2.1 实施方案

(1)充分利用现有资源，动力电缆保留了原高压柜至电机的电缆，使用现场运行的400k W/6k V高压电机。

(2)保留现有的阀门，以备变频器吹灰检查时不影响生产之需，平日正常时将其打到全开位置，固定即可。

(3)利用DCS系统控制电动阀门的标准信号(4～20mA)作为变频器的输入信号，控制电动机的转速，从而满足工艺系统对风量的要求。

(4)原现场控制箱拆除。

2.2 技改费用

(1)高压变频器:69万元;

(2)设备拆旧、安装调试费:3万元;

(3)其它(项目办公费等):0.5万元;

合计总费用：72.5万元。

3 改造后效果分析

3.1 直接效益：即改造后的节能分析

3.1.1风机节电原理 (如图1所示)

图中曲线L1为风机在转速n1工作时的特性曲线，曲线L2为风机在转速n2工作时的特性曲线，曲线L3、L4为管网的阻力曲线。

风机在转速n1工作时，风机运行在A点，风量为Q1，压力为H1，风机功率为PA=H1×Q1;如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2(用挡板调节)，风机仍然按照速度n1运行，风压将上升至H3，风机工作点移至B点，风机功率为PB=H3×Q2。由于挡板的截流作用，管网阻力曲线由L3变为L4。虽然Q2H1，所以风机在A、B两点的功率变化不大。

如果风机风量不采用挡板调节，这时管网阻力曲线保持L3不变，用改变风机转速来减少风量，风机按照速度n2运行，工作特性曲线为L2，风机工作在C点，风量仍然为Q2，压力为H2。相比B、C两点，风机减少的轴功率为：ΔP=PB-PC=(H3-H2)×Q2。

在风道阻力特性不变的情况下，离心式风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速n之间满足以下关系(相似定理)：Q∝n、H∝n2、P∝n3，所以：Q1/Q2=n1/n2, H1/H2= (Q1/Q2) 2, PA/PC= (Q1/Q2) 3。

通过以上关系式可以看出：通过调速方式改变风机风量，当风机风量下降到一半时，在不考虑效率的情况下，风机轴功率将下降87.5%(PA/PC=0.53=0.125, 1-0.125=0.875)，所以变频器在风机上的应用节能效果非常显著。

3.1.2节能量计算

排风机电机参数：额定功率400k W，额定电压6000V，额定电流47.6A，额定转速1485r/min，功率因数0.88，风机电机在正常工频工作状态下的电流为35A。

风机在工频状态下的功率：P阀门=1.732UI阀门COSφ=1.732×6×35×0.88=320.0736kW。

风机在变频调速状态下的功率：由转速与频率的关系式f/fe=n/ne，转速与功率的关系式P/Pe= (n/ne) 3可得：P=Pe×(f/fe) 3，变频器在正常工作时输出频率为38Hz，工频为50Hz，则：P变频=400×(38/50) 3=162.0896 k W, P节=P阀门-P变频=157.984k W。

按照生料磨80%的运转率进行计算，每度电电费按照0.48元计算，节约资金(每日)：157.984×24×0.48×80%=1455.98元。

成本回收时间：725000÷1455.98≈498 (天) ，约16～18个月。

3.2 间接效益

(1)延长了电机等设备的使用寿命。变频改造后，高压电机实现了软起动，起动电流大大减小，避免了起动电流对电网和电机的冲击，同时实现了生产对风量的自动控制，提高了设备自动化控制程度和设备运行的安全性、可靠性。

(2)改善了工艺状况，调速精度得到保证，可以平滑稳定地调整风量风压，提高了生产效率，特别是使生产线设备利用率得到了保证，进一步提高了产量。

(3)设备运行与维护费用大幅下降。

(4)高压变频器输入电流谐波含量小于国家标准的限制要求，功率因数可保证在0.95以上，再无需投资无功补偿设备。

4 高压变频器改造应注意的问题

4.1 变频器应用的环境与散热问题

由于水泥生产现场粉尘较大，环境相对恶劣。作为电力电子设备，由于产生约3%～4%的损耗发热需要散热(一般采用风冷散热)，所以高压变频器应加强防尘处理和日常维护，并定期进行吹灰除尘。

4.2 谐波干扰问题

谐波超标会使电网中的元件产生附加的谐波损耗，并将导致继电保护和自动装置的误动作，影响各种电气设备的正常工作。为避免控制干扰，高压变频器的控制线采用了屏蔽电缆且单端接地，在布线时与动力电缆分设在不同的电缆桥架内。