1 引言
貴州省甕福礦肥基地是國(guó)家“八五”和“九五”期間建設(shè)的五個(gè)大型磷礦肥基地之一，目前擁有全國(guó)最大的磷礦山和磷肥廠。
甕福礦肥基地由甕福磷礦和甕福磷肥廠兩個(gè)國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目組成。甕福磷礦1990年11月開工，1995年建成。甕福磷肥廠1997年建設(shè)，1999年通過(guò)72h考核。從而形成250萬(wàn)t/年磷礦石、210萬(wàn)t/年磷精礦、80萬(wàn)t/年重鈣、3萬(wàn)kW余熱發(fā)電的生產(chǎn)能力，以及年吞吐能力345萬(wàn)t的自備鐵路專線。
甕福磷肥廠下設(shè)磷酸一銨分廠、磷酸二銨分廠、硫酸分廠、磷酸分廠、熱電分廠5個(gè)主生產(chǎn)單位和水處理分廠、動(dòng)力分廠、機(jī)修分廠、儀修分廠、工程車隊(duì)5個(gè)輔助生產(chǎn)單位。而電機(jī)的變頻調(diào)速運(yùn)行，是降低廠用電率、節(jié)電增效的有效措施及有效手段。#2爐電機(jī)調(diào)速用擋板調(diào)節(jié)，風(fēng)道壓力損失嚴(yán)重，浪費(fèi)大，通過(guò)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，效率高,實(shí)現(xiàn)了
電機(jī)的軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)沖擊及設(shè)備磨損。另外變頻裝置安裝較方便，只需在原斷路器與電機(jī)之間串聯(lián)變頻裝置即可，無(wú)需對(duì)負(fù)載和電機(jī)做任何改動(dòng);正常運(yùn)行后，可靠性高，基本上無(wú)維護(hù)量。通過(guò)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造而達(dá)到節(jié)能增效，無(wú)疑是必要的。熱電廠總共有三臺(tái)鍋爐拖動(dòng)三臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中一臺(tái)常年運(yùn)行，余下兩臺(tái)分別用兩臺(tái)變頻器拖動(dòng)，其中一臺(tái)為哈爾濱九洲電氣的PowerSmartTMM高壓變頻器產(chǎn)品。
2 高壓變頻裝置原理及特點(diǎn)
變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列變頻裝置由18個(gè)功率單元構(gòu)成，每6個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，如圖1所示。
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功率單元的電路結(jié)構(gòu)及原理:每個(gè)功率單元由、整流、濾波、逆變、旁通、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、模擬量采集、PWM形成等電路組成。輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近于1。
另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器。
輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗也大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此變頻調(diào)速具有其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn):
(1)變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時(shí)顯示電壓、電流、頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速等，可非常直觀地顯示電機(jī)在任何時(shí)間的實(shí)時(shí)狀態(tài);
(2)精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求;
(3)高壓變頻器具有國(guó)際通用的外部接口，可以同可編程控制器(PLC)和工控機(jī)等各種儀表相連，并可與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等;
(4)具有就地和異地操作功能，另可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能;
(5)具有電力電子保護(hù)和工業(yè)電氣保護(hù)功能，保證變頻器和電機(jī)在正常運(yùn)行和故障時(shí)的安全可靠;
(6)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)，啟動(dòng)電流小，小于電機(jī)的額定電流，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可連續(xù)可調(diào)，減少了對(duì)電網(wǎng)影響;
(7)減少配件的損耗，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。
3 變頻器制造方案簡(jiǎn)介
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甕福熱電廠#2爐引風(fēng)機(jī)是兩臺(tái)雙側(cè)布置，目前其引風(fēng)機(jī)的出力調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)冗余功率較大，加上風(fēng)量控制采用檔風(fēng)板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。表1為熱電廠#2爐電機(jī)及引風(fēng)機(jī)的參數(shù)表。
根據(jù)電機(jī)的參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)工況和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，最終確定#2
爐引風(fēng)機(jī)的電機(jī)配套變頻器選用型號(hào)為九洲電氣的Power
Smart10000-1A/063，變頻器額定電流為60A，同電機(jī)額定容量匹配，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載運(yùn)行的要求。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)為變頻器加裝如圖2所示的工頻旁路裝置，變頻器異常時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，電機(jī)可以直接手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行。工頻旁路由3個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成。要求QS2不能與QS3同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開;工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開。
為了實(shí)現(xiàn)變頻器故障的保護(hù)，變頻器對(duì)6kV開關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對(duì)QF的合分閘電路進(jìn)行適當(dāng)改造。工頻旁路時(shí)，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對(duì)QF的跳閘信號(hào)，使電機(jī)能正常通過(guò)QF合閘工頻啟動(dòng).
變頻調(diào)速由安裝在鍋爐操作臺(tái)上的啟動(dòng)、停機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)整開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并可同DCS系統(tǒng)接口，通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)變頻器的調(diào)速控制，變頻調(diào)速裝置還
提供報(bào)警指示、故障指示、待機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分?jǐn)嗟缺Ｗo(hù)信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值等必要指示，以便操作人員進(jìn)行操作控制。
九洲公司開發(fā)了GPRS監(jiān)控功能,可以對(duì)高壓變頻在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的情況及其數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,如有問(wèn)題,可以最快捷地做出解決方案,將損失降到最低,并可以使公司和用戶方面進(jìn)行雙向溝通，以便使變頻器更加長(zhǎng)期有效的運(yùn)行。
4 變頻器節(jié)能原理
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s、電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有如下關(guān)系，即:
n=60f(1-s)/p
根據(jù)相似理論有:
Q/Q0=n/n0
M/M0=(n/n0)2
N/N0=(n/n0)3
注:n、Q、M、N為調(diào)節(jié)變化的轉(zhuǎn)速、流量、轉(zhuǎn)矩、功率，n0、Q0、M0、N0為額定轉(zhuǎn)速、流量、轉(zhuǎn)矩、功率。
風(fēng)機(jī)消耗的功率是和其轉(zhuǎn)速的三次方成正比的，可見通過(guò)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果是十分顯著的。
由電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知:改變其中任何一個(gè)參數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變，變頻器是通改變電源頻率f的方式來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。在異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造完成后,轉(zhuǎn)速與頻率的線性關(guān)系既確定，如圖3所示:
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由于轉(zhuǎn)速n與頻率f之間為線性關(guān)系，從理論上分析調(diào)速范圍在0～100%內(nèi)，線性度都很好,因此變頻調(diào)速是當(dāng)今調(diào)速應(yīng)用的主力軍.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,高電壓大功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn),高壓變頻器應(yīng)運(yùn)而生,使發(fā)電廠大型輔機(jī)的調(diào)速運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí).從而省去由于閥門、擋板節(jié)流等帶來(lái)的功率損失，達(dá)到節(jié)能的目的,提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
5 變頻節(jié)能效果計(jì)算
變頻器在正常帶負(fù)荷運(yùn)行72h后,為了方便的對(duì)設(shè)備的節(jié)能效果進(jìn)行分析,筆者進(jìn)行了一周的設(shè)備運(yùn)行記錄,2006年2,3,8月份2#鍋爐引風(fēng)機(jī)參數(shù)如表2所示。
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在變頻器改造以前，根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，鍋爐引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工頻電流在30A左右，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)裝置改造后，目前在鍋爐相同運(yùn)行情況下，鍋爐引風(fēng)機(jī)在變頻后的電流為10—17A左右，平均降低電流達(dá)到10—11A。根據(jù)計(jì)算，平均節(jié)電80kW.h/h，考慮裝置自耗電及將來(lái)空調(diào)用電16kW.h/h，總體節(jié)電可達(dá)到65kW.h/h，節(jié)電率達(dá)到35%，年節(jié)電可達(dá)40萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)顯著。因此，鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻器節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目是相當(dāng)成功的。
6 結(jié)束語(yǔ)
高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其它調(diào)速方式，是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。甕福熱電廠的變頻改造工程促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡(jiǎn)便性，贏得了運(yùn)行人員的認(rèn)可。
隨著電力體制改革的推進(jìn)和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)新格局的形成、深化，甕福磷肥廠還將在未來(lái)的新興項(xiàng)目等輔助設(shè)備進(jìn)行變頻改造，勢(shì)必將優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件，早日實(shí)現(xiàn)成為中國(guó)節(jié)能大廠的宏大目標(biāo)。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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