摘要：本文介紹了微能高壓變頻調(diào)速裝置工作原理、在國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)，它不僅能夠為我們提供舒適的工藝條件，滿足用戶的使用要求，更重要的是這項技術(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，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)用此項技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造在目前能源供應(yīng)緊張、價格不斷上漲的今天更具有特殊意義。 二、概述 　國惠熱電有限公司投資總額2000萬美元，注冊資本800萬美元，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業(yè)務(wù)，屬于熱水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，占該公司主營業(yè)務(wù)收入96.58%，公司擁有供熱面積近2700萬平方米，占全市供熱市場的近1/3，公司積極落實國家提出的節(jié)能減排政策，其鍋爐使用的燃料皆為秸稈、稻桿等制成的無污染原料，主要風(fēng)機(jī)、水泵的電氣拖動采用均采用了變頻設(shè)備，在運用新技術(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355KW/10KV的高壓電機(jī)驅(qū)動，引風(fēng)機(jī)由一臺315kW高壓電動機(jī)驅(qū)動，正常運行的時候都是一用一備，采用的是閥門調(diào)節(jié)流量，在調(diào)節(jié)過程中大量能量被截流閥門浪費了。 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)水泵型號和管網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配考而被白白消耗的。同時，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)過程中又有大量能量被截流閥門浪費了。如果在循環(huán)水泵上加裝目前國內(nèi)已經(jīng)開始普遍采用的高壓變頻器，由變頻器對風(fēng)機(jī)水泵電動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻，從而實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)水泵流量的調(diào)節(jié)以滿足負(fù)荷的變動，這樣就能將水泵擋板在節(jié)流過程中造成的能量損失和因風(fēng)機(jī)型號和管網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)不匹配形成的能量損失節(jié)約下來。 通過考察，深圳微能科技有限公司以其優(yōu)秀的技術(shù)方案、良好的運行業(yè)績、規(guī)?；纳a(chǎn)能力以及專業(yè)的售后服務(wù)等，得到了國惠熱電公司有限公司技術(shù)人員的一致認(rèn)可。為了試點，深圳微能科技有限公司經(jīng)過多方的研究和論證，將鍋爐給水由原來是的閥門調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)速恒壓給水，通過變頻一拖二的系統(tǒng)改造，引風(fēng)機(jī)采用一拖一手動旁路柜，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 （一）、根據(jù)現(xiàn)場情況和可具備的各種條件，決定采取以下改造方案： 1、2臺循環(huán)水泵采用一拖二的方式，使用手動旁路系統(tǒng)； 2、從母管上取壓力變送器的4～20mA電流信號作為反饋，給定頻率根據(jù)用戶從DCS系統(tǒng)直接給定； 3、運行信號、停止信號從DCS系統(tǒng)給定； 4、高壓變頻器的狀態(tài)信號從變頻器的控制柜里送到DCS系統(tǒng)，以便實時觀察； 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)速來調(diào)節(jié)所需的流量。 7、引風(fēng)機(jī)采用一拖一手動旁路柜，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)，每個單元輸出固定的低壓電平，再由多個單元串連疊加為所需的高壓，詳見下圖所示： 對于本案被驅(qū)動電機(jī)的額定電壓均是10kV，每相由九個相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為5773V。每個功率單元輸出有效值641V。多重化串聯(lián)結(jié)構(gòu)使用低壓器件實現(xiàn)了高壓輸出，不僅降低了對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、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，對普通異步電機(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)補償裝置。 五、可靠性設(shè)計 　　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，對于老百姓的生活會造成極大的影響，還會造成大面積的管網(wǎng)爆裂，因此對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，主要元器件的選取均留有足夠的余量，尤其是功率單元獨特的母線結(jié)構(gòu)使主器件的出力能力運用到極致，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旁通設(shè)計，功率單元原理見下圖所示： 在萬一發(fā)生單元故障時，該單元會立即自動旁路，與之此同時與之同電平的其余輸出相的單元也自動在線旁路，使機(jī)器進(jìn)入不停機(jī)降額連續(xù)運行。保證三相輸出電壓對稱，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。但在實際大多數(shù)調(diào)速運行狀態(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)器運行仍然不受任何影響而正常工作。 同時為了保證系統(tǒng)的連續(xù)運行，整套變頻器配備有手動旁通裝置。如下圖所示： 變頻器異常時，變頻器停止運行，并將任意電機(jī)切換到工頻運行。工頻旁路由4個高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3、K4組成。變頻運行時，K1、K2合閘，K3或K4置于變頻位置，以實現(xiàn)單機(jī)變頻運行。工頻運行時，K1、K2斷開，K3或K4置于工頻位置，以實現(xiàn)單機(jī)工頻運行。通過開關(guān)切換可實現(xiàn)任意一臺變頻另一臺工頻運行，或者兩臺同時變頻或工頻運行。 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， 故障報警準(zhǔn)確，和DCS系統(tǒng)連接方便、控制精度高。投入生產(chǎn)運行后，通過實際生產(chǎn)期間對給水泵工頻起動運行和變頻起動運行的大量對比測試，鍋爐循環(huán)水泵采用變頻運行后具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。如下表所示： 　　通過上面的數(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多萬元，而且改善電機(jī)起動性能，減少電網(wǎng)沖擊，水泵電機(jī)采用變頻器從靜態(tài)起動，通過DCS系統(tǒng)緩慢提升轉(zhuǎn)速至工作范圍，最大起動電流約為額定電流0.8倍，避開了電機(jī)6-8倍起動電流，轉(zhuǎn)動力矩平穩(wěn)上升，減少對電網(wǎng)的沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命！ 七、結(jié)束語 本設(shè)備采用的WIN-HV系列高壓變頻器一次調(diào)試成功和成功運行至今，從未出現(xiàn)任何故障報警或跳閘，說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)的自動化水平。可以說微能高壓變頻調(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掘了新途徑。 參考文獻(xiàn)： 1.《WIN-HV 使用說明書》