摘要：本文介紹了微能高壓變頻調(diào)速裝置工作原理、在國(guó)惠供熱有限公司鍋爐循環(huán)水泵和引風(fēng)機(jī)上的高壓變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用以及技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析。 Abstract： In this paper，Introduce to winner high voltage frequency conversion timing installation operational principle to the point. The high voltage frequency conversion timing installations application along with technique and economic analysis on Guohui Supply Energy CO.,LTD Boiler‘s Water circulation Pump and Induced-draft Fan 關(guān)鍵詞：微能高壓變頻器 節(jié)能 應(yīng)用 Key word: WINNER High-voltage inverter ;Energy saving ;Application 一、引言 　　綠色環(huán)保節(jié)能是現(xiàn)代化城市必須要考慮的，特別是大型城市的供水供熱，擁有許多高壓電機(jī)拖動(dòng)的設(shè)備，主要是以高壓大功率的風(fēng)機(jī)和水泵為主，整個(gè)系統(tǒng)耗能的50－70％，高壓變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)代最先進(jìn)的調(diào)速技術(shù)，它不僅能夠?yàn)槲覀兲峁┦孢m的工藝條件，滿足用戶的使用要求，更重要的是這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、泵類等具有平方轉(zhuǎn)矩特性的負(fù)載時(shí)，可以節(jié)約大量的能量，最大節(jié)能率可以達(dá)到50％～75％。因此應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造在目前能源供應(yīng)緊張、價(jià)格不斷上漲的今天更具有特殊意義。 二、概述 　國(guó)惠熱電有限公司投資總額2000萬(wàn)美元，注冊(cè)資本800萬(wàn)美元，是以集中供熱為核心的清潔能源上市公司，供暖及供暖接網(wǎng)是該公司的主要主營(yíng)業(yè)務(wù)，屬于熱水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，占該公司主營(yíng)業(yè)務(wù)收入96.58%，公司擁有供熱面積近2700萬(wàn)平方米，占全市供熱市場(chǎng)的近1/3，公司積極落實(shí)國(guó)家提出的節(jié)能減排政策，其鍋爐使用的燃料皆為秸稈、稻桿等制成的無(wú)污染原料，主要風(fēng)機(jī)、水泵的電氣拖動(dòng)采用均采用了變頻設(shè)備，在運(yùn)用新技術(shù)新設(shè)備和綜合利用能源方面走出了一條新路，也為企業(yè)的自身發(fā)展帶來(lái)的非常好的前景。公司供暖設(shè)備中主要由供暖鍋爐組成，鍋爐的循環(huán)水泵由2臺(tái)355KW/10KV的高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，引風(fēng)機(jī)由一臺(tái)315kW高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常運(yùn)行的時(shí)候都是一用一備，采用的是閥門調(diào)節(jié)流量，在調(diào)節(jié)過(guò)程中大量能量被截流閥門浪費(fèi)了。 考慮到引風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵的裕量可能達(dá)到20%以上。在引風(fēng)機(jī)和鍋爐循環(huán)的用電量中，很大一部分是因風(fēng)機(jī)水泵型號(hào)和管網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配考而被白白消耗的。同時(shí)，鍋爐的負(fù)荷必須要跟隨用戶的使用狀況而改變，鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)要求鍋爐風(fēng)機(jī)水泵相應(yīng)作出調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中又有大量能量被截流閥門浪費(fèi)了。如果在循環(huán)水泵上加裝目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始普遍采用的高壓變頻器，由變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)水泵流量的調(diào)節(jié)以滿足負(fù)荷的變動(dòng)，這樣就能將水泵擋板在節(jié)流過(guò)程中造成的能量損失和因風(fēng)機(jī)型號(hào)和管網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配形成的能量損失節(jié)約下來(lái)。 通過(guò)考察，深圳微能科技有限公司以其優(yōu)秀的技術(shù)方案、良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)、規(guī)?；纳a(chǎn)能力以及專業(yè)的售后服務(wù)等，得到了國(guó)惠熱電公司有限公司技術(shù)人員的一致認(rèn)可。為了試點(diǎn)，深圳微能科技有限公司經(jīng)過(guò)多方的研究和論證，將鍋爐給水由原來(lái)是的閥門調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)速恒壓給水，通過(guò)變頻一拖二的系統(tǒng)改造，引風(fēng)機(jī)采用一拖一手動(dòng)旁路柜，用調(diào)節(jié)頻率取代閥門調(diào)節(jié)，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。 三、改造方案設(shè)計(jì) （一）、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和可具備的各種條件，決定采取以下改造方案： 1、2臺(tái)循環(huán)水泵采用一拖二的方式，使用手動(dòng)旁路系統(tǒng)； 2、從母管上取壓力變送器的4～20mA電流信號(hào)作為反饋，給定頻率根據(jù)用戶從DCS系統(tǒng)直接給定； 3、運(yùn)行信號(hào)、停止信號(hào)從DCS系統(tǒng)給定； 4、高壓變頻器的狀態(tài)信號(hào)從變頻器的控制柜里送到DCS系統(tǒng)，以便實(shí)時(shí)觀察； 5、改造后的母管壓力值達(dá)到工藝要求6.8MPa以上； 6、將每臺(tái)水泵的旁通閥關(guān)閉，用高壓變頻器調(diào)節(jié)高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)所需的流量。 7、引風(fēng)機(jī)采用一拖一手動(dòng)旁路柜，用調(diào)節(jié)頻率取代閥門調(diào)節(jié) （二）、示意圖： 1、鍋爐改造示意圖 2、引風(fēng)機(jī)改造示意圖 四、高壓變頻器工作原理 1、微能公司高壓大功率變頻器采用多個(gè)功率單元構(gòu)成多重化串聯(lián)疊波輸出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)單元輸出固定的低壓電平，再由多個(gè)單元串連疊加為所需的高壓，詳見(jiàn)下圖所示： 對(duì)于本案被驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定電壓均是10kV，每相由九個(gè)相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為5773V。每個(gè)功率單元輸出有效值641V。多重化串聯(lián)結(jié)構(gòu)使用低壓器件實(shí)現(xiàn)了高壓輸出，不僅降低了對(duì)功率器件的耐壓要求，而且還使輸出波形得到了極大的改善。輸出波形接近正弦波，不存在輸出諧波引起的電機(jī)發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，對(duì)普通異步電機(jī)不必加輸出濾波器就可以直接使用。在網(wǎng)側(cè)由于采用了54脈波整流的隔離多重化技術(shù)，對(duì)電網(wǎng)諧波污染非常小，輸入電流諧波畸變率遠(yuǎn)小于4%，滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)；輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。 五、可靠性設(shè)計(jì) 　　尤其是在冬季的北方，絕不能發(fā)生停機(jī)事故，一旦發(fā)生故障，對(duì)于老百姓的生活會(huì)造成極大的影響，還會(huì)造成大面積的管網(wǎng)爆裂，因此對(duì)可靠性的要求非常之高。 為了保證設(shè)備的使用壽命，微能高壓大功率變頻器功率單元采用了冗余設(shè)計(jì)，主要元器件的選取均留有足夠的余量，尤其是功率單元獨(dú)特的母線結(jié)構(gòu)使主器件的出力能力運(yùn)用到極致，因此保證了變頻器工作的可靠性。 微能高壓大功率變頻器功率單元采用了自動(dòng)旁通設(shè)計(jì)，功率單元原理見(jiàn)下圖所示： 在萬(wàn)一發(fā)生單元故障時(shí)，該單元會(huì)立即自動(dòng)旁路，與之此同時(shí)與之同電平的其余輸出相的單元也自動(dòng)在線旁路，使機(jī)器進(jìn)入不停機(jī)降額連續(xù)運(yùn)行。保證三相輸出電壓對(duì)稱，輸出電流平衡，最大限度地減小停機(jī)率，保證單元故障狀態(tài)不停機(jī)工作。但在實(shí)際大多數(shù)調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)下，其工作頻率多低于額定頻率的九分之八，縱然有一單元故障，機(jī)器運(yùn)行仍然不受任何影響而正常工作。 同時(shí)為了保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，整套變頻器配備有手動(dòng)旁通裝置。如下圖所示： 變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，并將任意電機(jī)切換到工頻運(yùn)行。工頻旁路由4個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4組成。變頻運(yùn)行時(shí)，K1、K2合閘，K3或K4置于變頻位置，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)變頻運(yùn)行。工頻運(yùn)行時(shí)，K1、K2斷開(kāi)，K3或K4置于工頻位置，以實(shí)現(xiàn)單機(jī)工頻運(yùn)行。通過(guò)開(kāi)關(guān)切換可實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)變頻另一臺(tái)工頻運(yùn)行，或者兩臺(tái)同時(shí)變頻或工頻運(yùn)行。 六、成功應(yīng)用 鍋爐引風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵高壓變頻器調(diào)試期間，各種連鎖可靠， 故障報(bào)警準(zhǔn)確，和DCS系統(tǒng)連接方便、控制精度高。投入生產(chǎn)運(yùn)行后，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)期間對(duì)給水泵工頻起動(dòng)運(yùn)行和變頻起動(dòng)運(yùn)行的大量對(duì)比測(cè)試，鍋爐循環(huán)水泵采用變頻運(yùn)行后具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。如下表所示： 　　通過(guò)上面的數(shù)據(jù)我們看到了該設(shè)備不但可以每年獲得節(jié)電效益60多萬(wàn)元，而且改善電機(jī)起動(dòng)性能，減少電網(wǎng)沖擊，水泵電機(jī)采用變頻器從靜態(tài)起動(dòng)，通過(guò)DCS系統(tǒng)緩慢提升轉(zhuǎn)速至工作范圍，最大起動(dòng)電流約為額定電流0.8倍，避開(kāi)了電機(jī)6-8倍起動(dòng)電流，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩平穩(wěn)上升，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命！ 七、結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)備采用的WIN-HV系列高壓變頻器一次調(diào)試成功和成功運(yùn)行至今，從未出現(xiàn)任何故障報(bào)警或跳閘，說(shuō)明微能的高壓變頻器具有極高的可靠性，不僅為企業(yè)帶來(lái)了節(jié)能效益，減少了設(shè)備維修，而且提高了供水系統(tǒng)的自動(dòng)化水平?？梢哉f(shuō)微能高壓變頻調(diào)速裝置為企業(yè)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益降低管理成本開(kāi)掘了新途徑。 參考文獻(xiàn)： 1.《WIN-HV 使用說(shuō)明書》