高压变频技术在盐化厂锅炉风机中的应用

摘  要：本文介绍了高压变频器在循环流化床引风机、一次风机、二次风机调速方面的应用，与传统档板调节进行比较。蓝天盐化厂在使用高压变频器调速后，节能效果明显，大大降低了能源的消耗。
关键词：高压变频器  电动机软起动  节能

湖北蓝天盐化有限公司为云梦县龙头企业之一，是一家大型盐化工生产企业。我公司在2005年度的锅炉技改工程中，对75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的高压电机，均进行了高压变频技术改进，现将改进情况作简单介绍。
一、基本情况
我厂75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的风量调节、风压调节，原来采用的是传统做法，即风机以定速方式运行，由挡板调节。其主要弊端主要表现为：
1、调节挡板前后压差增加，工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加；
2、风机定速运行，挡板调整节流损失大，出口压力高，系统效率低，造成能源的浪费；
3、风道压力过高，威胁系统设备密封性能；
4、长期的40－70％开度，加速挡板自身磨损，导致挡板控制特性变差；
5、设备使用寿命短，日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的浪费；
6、设备起动冲击电流大，需增加配电设备容量而增加投资；
7、与DCS不能直接配合，难于实现自动化操作。
为了解决上述问题，我们经过了大量的技术论证，决定用高压变频器替代传统的挡板调节风量、风压的方法。经过多次考察、反复研究讨论，我们采用了三台北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器，其型号为：HARSVERT-A06/040（315kW）、HARSVERT-A06/050（355kW）、HARSVERT-A06/030（250kW）。

二、HARSVERT-A高压变频调速系统的技术方案
（一）工作原理


变频装置采用多电平串联技术，6kV系统结构见图1，整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列有21个功率单元，每7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，其电路结构见图2，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，可得到如图3所示的波形。
输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成42脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。


输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。
当某一个单元出现故障时，可将此单元模块旁路退出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行，如此可减少很多场合下停机造成的损失，避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致整机故障、停机的产生，从而保证了变频器的可靠性。利德华福的产品最多可允许2-3个单元模块的旁路。
（二）技术方案
我厂此次采用一拖一自动旁路方案，其一次电路如图5所示。
系统由3个高压真空接触器和2个高压隔离开关组成。其中KM3、KM2不能同时闭合。电机变频运行时，KM1、QS1、QS2、KM2闭合，KM3断开。要求做到：


1、可以实现变频自动切换功能。
2、旁路柜柜门上应有手动和自动分、合真空接触器转换开关。
变频器出现严重故障时，系统能够根据需要自动转入工频电网中，断开变频调速系统，而负载不用停机，满足现场不能停机要求。              图5  旁路系统方案
这三台高压变频器经工程技术人员技术改进，最大限度地满足了安全可靠的工艺调速要求，其产品主要特点如下：                                    
1、对电网波动的适应能力增强。针对生产负荷波动大的工况，变频器进行了特殊设计，大幅度提高了其抗电网波动能力，做到电压波动在±15％以内时，变频器可以维持满额输出；电网电压降落在－15％～35％以内时，变频器都短时降额运行，不进行欠压保护，等电网电压恢复正常后，变频器自动恢复到原来的工作状态，大大减少了电压跌落造成的停机现象。
2、多种及多路控制电源供电。变频器的控制电源不存在和主电源相位关系的要求，在现场提供的控制电源失电时，变频器利用自身配备的UPS为控制系统供电，变频器可以持续运行，做到控制电源丢失时（比如维修人员误拉低压电、开关跳闸、熔丝熔断等），仍然保证辅机设备的运行。另外还配备双路控制电源切换功能，能够接受现场的直流操作电源。相对交流电源而言，直流电源由于有蓄电池供电，有更高的可靠性。
3、来电自启动功能。为避免电网短时失电对生产造成影响，该变频器具备来电自启动功能。当电网电压消失后，变频器紧急停机，如果在20秒内电源恢复，变频器会进行自动启动，恢复停机前的运行状态。
4、采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制。
5、无须功率因素补偿，能在20～100%的负荷变化情况内达到或超过0.95的功率因素。
6、无需滤波器，变频器就可输出正弦电流或电压波形，对电机无特殊要求。
7、具有软启动功能。没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行。
8、控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。
9、具有就地监控方式和远方DCS监控方式。

三、应用效果
从三台风机采用高压变频器后的实际运行情况看，各项技术指标均满足使用要求，工作性能稳定，节能效果明显。下面是电机改造前工频运行与变频改造后变频运行的对比。


从上表看出，蓝天盐化厂在锅炉风机上应用高压变频技术后，节能效果十分显着，一年便收回了投资。概括起来其主要应用效果如下：
1、变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动，避免了起动电流的冲击，不仅对电网没有任何冲击，而且还可以随时起动或停止；
2、按需调节风量，避免浪费。进行变频改造后，风机的送风量不再需要由风门来调节，而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现，调节范围可以从0%—100%；因而可以根据生产需要随意调节风量，减少了不必要的浪费；
3、变频节能运行，节约了大量能源。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态，节能率高达63%以上；
4、降低风机工作强度，延长使用寿命。进行变频改造后，风机的大部分工作时间都在较低的速度下运行，因而大大降低了风机工作的机械强度和电气冲击，将会大大延长风机的使用寿命，降低维修强度；
5、可使电动机与风机直接相连接，减少传动环节的费用；
6、电机和风机运转速度下降，润滑条件改善，传动装置的故障下降；
7、系统压力降低，对管道的压力和密封等条件缓解，延长使用寿命；
8、系统完善的监控性能和高可靠性提高了工作效率，减少了检修和维护的工作量。

四、结束语
由利德华福生产的HARSVERT-A高压变频调速系统在我厂风机上的使用非常成功。变频装置安装方便，只需在原断路器与电机之间串联变频装置即可，无需对负载和电机做任何改动；正常运行后，可靠性高，基本上无维护量。在一年多的运行过程中，性能稳定可靠，节能效果显着，为我厂的正常生产做出了巨大的贡献。