高压变频器在锅炉吸风机上的应用分析

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华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《高压变频器在锅炉吸风机上的应用研究》是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日华北电力大学硕士学位论文使用授权书《高压变频器在锅炉吸风机上的应用研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“√”)：保密□，在年解密后适用本授权书不保密□作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日 华北电力大学硕士学位论文摘要发电厂中大容量的辅机电机是主要耗电大户，不合理的运行方式也导致多耗电。在传统的锅炉风烟系统中，锅炉的吸风机在工频状态下运行，在机组正常运行时，常规的调整是通过入口的静叶挡板对风量进行调节，从而维持系统负压在合理范围内。因为挡板的节流损失较大，电机容量很大且转速一定，运行效率低，浪费大量的电能。为了降低厂用电率，许多先进电厂都采用高压变频器控制锅炉吸风机的方案。本文阐述了辽宁能港发电有限公司锅炉吸风机的运行方式，提出了原运行方式存在的缺点和不足。通过对高压电机的调速原理的研究，论证了应用高压变频器进行调速的可行性和优越性，提出了吸风机变频改造的整体方案。针对能港公司锅炉吸风机原来的连接方式及工作条件和需要，编制了加装高压变频器的主回路系统图，编制了开关的控制逻辑说明，编制了炉膛控制系统的方案。并且将整体方案成功应用于辽宁能港发电有限公司的锅炉吸风机改造中，经过大量的数据收集整理和比对，反映出吸风机的变频改造达到了很好的节电效果，验证了整个设计的正确性。吸风机变频改造后，有效的降低了厂用电的消耗，改善了电机的运行状况，经过测算，一年内节省的用电费用就能收回改造成本，达到了预期的效果。整套方案的设计也为将来同类型电机的变频改造奠定了基础。关键字：锅炉吸风机;高压变频器;改造;方案设计;应用研究I 华北电力大学硕士学位论文AbstractLarge-capacitypowerplantauxiliarymotoristhemainpower-hungry,irrationalmodeofoperationalsoledtomorepower.Inconventionalboilerfluegassystem,thesuctionfanintheboilerstatefrequencyoperation,theunitnormaloperation,routineadjustmentisthroughentrancebafflevaneadjustmentofairvolumeinordertomaintainthesysteminareasonablerangeofnegativepressureinside.Becausethelargerthrottlinglossesbaffle,somelargeandspeed,lowoperatingefficiencyofthemotorcapacity,wastingalotofenergy.Inordertoreducepowerconsumptionrate,manyplantshaveadoptedadvancedprogramvoltageinvertercontrolboilersuctionfan.ThispaperdescribesthePowerGenerationCo.,Ltd.,Liaoningenergyboilersuctionfanoperationmode,theshortcomingsanddeficienciesoftheoriginalproposedoperationmodeexists.Throughthestudyoftheprinciplesofhigh-voltagemotorspeed,anddemonstratestheapplicationofhighvoltageinverterforspeedthefeasibilityandsuperiorityofproposedsuctionfanfrequencytransformationoftheoverallprogram.ForHongKongcompaniescansuctionfanoriginalboilerconnectionandworkingconditionsandneeds,preparingtheinstallationofhigh-voltageinvertermaincircuitsystemdiagram,descriptionofthepreparationofthecontrollogicswitch,thepreparationoftheprogramofthefurnacecontrolsystem.AndtheoverallprogramcanbesuccessfullyappliedinLiaoningPowerCompanyLimitedinHongKongboilersuctionfantransformation,afteralotofdatacollectedandcompared,reflectingthesuctionfanoffrequencytransformationtoachieveagoodenergy-savingeffect,verifytheentiredesigncorrectness.Afterthesuctionfanfrequencytransformation,effectivelyreducingtheauxiliarypowerconsumptionandimprovethehealthofthemotor,aftercalculation,thecostofelectricitysavingswithinayearwillbeabletorecoverthecostofrenovation,toachievethedesiredeffect.Designpackageoffrequencytransformationbutalsoforthefutureofthesametypeofmotorfoundation.Keywords：Boilersuctionfan；Voltageinverter；Reform；Design；AppliedResearchII 华北电力大学硕士学位论文目录摘要.............................................................................................................................IAbstract.........................................................................................................................II第1章绪论...............................................................................................................11.1电机调速概论....................................................................................................11.2本课题研究的意义和重要性.............................................................................21.3国外和国内变频调速技术的研究现状.............................................................21.3.1变频调速系统发展......................................................................................21.3.2国外变频调速技术现状..............................................................................31.3.3我国高压变频器的发展现状.......................................................................41.4论文主要工作....................................................................................................5第2章电厂锅炉吸风机调速方法的确定.................................................................62.1电动机调速技术原理........................................................................................62.2电动机调速的方法............................................................................................62.2.1电动机调速原理概述..................................................................................62.2.2变极调速原理..............................................................................................72.2.3变频调速.......................................................................................................82.2.4电动机的变转差调速...................................................................................82.2.5电磁转差离合器调速.................................................................................102.3吸风机改变频调速的理由...............................................................................10第3章电厂吸风机变频改造的应用研究...............................................................113.1改造前的工作原理..........................................................................................113.2调速系统的原理、设计及选型研究...............................................................113.2.1变频调速节能原理.....................................................................................113.2.2单元串联多重化电压源型变频器的工作原理及优点.............................123.2.3调速方案选型设计要求.............................................................................133.2.4吸风机高压变频调速系统的容量选择....................................................143.2.5吸风机的运行条件....................................................................................153.2.6变频器的选型要求.....................................................................................153.3HARSVERT-A系列变频器结构原理.................................................................163.4锅炉炉膛负压控制系统设计方案...................................................................17III 华北电力大学硕士学位论文3.5变频调速系统的改造方案...............................................................................183.5.1主回路系统图.............................................................................................183.5.2高压变频调速系统构成.............................................................................193.5.3功率单元结构.............................................................................................193.5.4输出、输入侧结构.....................................................................................193.5.5控制器........................................................................................................203.5.6软件控制界面............................................................................................203.5.7高压变频调速系统控制方式....................................................................203.5.8变频器提供的开关量输出.........................................................................203.5.9现场需要提供给变频器的开关量............................................................213.5.10DCS需要提供给变频器的模拟量..........................................................213.5.11变频器可以提供的模拟量......................................................................213.5.12高压开关柜与变频器的连锁有3路......................................................213.6控制逻辑条件说明..........................................................................................223.6.1变频器启动步序.........................................................................................223.6.2工频切变频.................................................................................................233.6.3变频故障切工频.........................................................................................233.6.4变频改造锅炉风烟系统相关风门、档板的逻辑.....................................233.7高压变频调速系统的运行模式......................................................................243.8高压变频调速系统的远程/本机控制方式....................................................253.8.1远程控制模式.............................................................................................253.8.2本机控制模式............................................................................................253.9变频调速系统常见故障及处理....................................................................263.9.1变频调速系统轻故障分类及报警............................................................263.9.2变频调速系统重故障分类及报警............................................................26第4章变频改造后的运行性能及经济性能分析...................................................274.1吸风机变频改造的实施..................................................................................274.2变频改造后的性能分析..................................................................................274.2.1变频系统电源改造后对电动机运行产生的影响.....................................274.2.2由于变频器输出电压上升速率过大对电动机绝缘产生的影响.............274.3变频改造后的经济效益分析..........................................................................284.3.1改造后能够有效的减少电机启动时的电流冲击....................................284.3.2改造后有效延长了电机的使用寿命.........................................................28IV 华北电力大学硕士学位论文4.3.3设备工频运行的情况时功率计算.............................................................284.3.4设备变频运行情况下的功率计算............................................................28第5章结论...............................................................................................................32参考文献.....................................................................................................................33致谢.......................................................................................................................35作者简介.....................................................................................................................36V 华北电力大学硕士学位论文第1章绪论1.1电机调速概论电动机是将电能转变为机械能的电气设备。发电厂的风机、水泵、灰浆泵、空压机等均使用电动机作为原动机。在发电厂生产使用的电动机按电源分为交流电动机和直流电动机。直流电动机具有良好的调速性能和启动特性，但因其构造较为复杂，价格较贵（约为异步电动机的3倍），使用、维护不便，还要求有直流电源，因此，在发电厂中有特殊要求时（如润滑油泵、密封油泵、直流逆变机等）才采用直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。因为异步电动机有较好的工作特性和较高的运行效率，能满足发电厂中各种机械的传动要求，所以发电厂广泛[1]采用的是交流三相异步电动机。三相异步电动机的优点有：简单、价廉、稳定、好维护。但在调速性能上不如直流电动机。目前人们已研制出各种各样的三相异步电动机的调速方法，并广泛应用于各个领域。三相异步电动机的基本调速方法有三种：①变极调速；②变频调速；③变转差率调速。电动机的变极调速：对于三相异步电动机定子而言，为了得到两种不同极对数的磁动势，采用两套绕组是很容易实现的。为了提高材料利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。至于转子，一般采用笼形绕组，它不具有固定的极对数，其极对数自[2]动与定子绕组一致。60f电动机的变频调速：由n=可知，当极对数不变时，电源频率f和同步p转速n成正比，因此若连续改变三相异步电动机的频率，就可以连续改变其转速，从而达到调速目的。电动机的变转差调速：1、移相调压调速。由相异步电动机的机械特性表达式可知，三相异步电动机的电磁转矩正比于定子电压平方，改变电动机其定子电压也就能改变其转矩及机械特性，从而实现调速。这是一种比较简单而方便的方法，交流移相调压调速随着电力电子技术的发展已经被广泛采用。2、绕线转子串级调速。串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。串级调速可以将异步电动机的功率加以应用，因此效率较高。它能实现无级平滑调速。3、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速。异步电动机转子回路串[2]电阻不仅能改变电动机的转矩特性，也能实现在一定范围内的调速。1 华北电力大学硕士学位论文1.2本课题研究的意义和重要性目前，我国电能供应还是以火力发电厂为主，截止2009年底，我国发电装机容量达到874070MW，其中煤电机组容量达到652050MW，占装机容量的69.51%。预计到2020年，我国装机容量将达到16亿千瓦，煤电装机容量仍将占58%，发电量占65%。火力发电厂本质上是将以煤为主的一次能源转化为电能的生产过程，能耗高是目前我国火力发电行业需要解决的突出问题，减少一次能源的消耗是我国能源工业可持续发展的保证，也是建设能源节约型、环境友好型社会的重[3]要举措。在火力发电厂中由于辅机系统风机、水泵等主要高压设备本身能耗大，而且机组负荷经常变化时，这些设备的驱动电机输出功率不能随着进行调节，大部分能源消耗在节流损失中，在负荷经常变动时尤为突出。降低厂用电，减少发电成本，是各电厂主要追求的经济目标。我们公司原来厂用电率比较高，大的辅机电机是主要耗电大户，不合理的运行方式也导致多耗电。我公司装有1990年投产的两台200MW国产燃煤汽轮发电机组，其锅炉两台吸风机电机型号为YDD800-3-8/10，功率为1250/630KW，电压等级6KV,额定电流160/87A，转速744/594r/min,双机并联运行。在机组正常运行时，常规的调整是（传统运行方式的缺点）采用入口挡板方式进行风量调节，挡板在60%-100%之间变化。挡板节流损失大，运行效率低，浪费大量的电能，使厂用电率升高，供电煤耗升高，发电成本升高。为了降低厂用电率，许多先进电厂都采用高压变频器控制锅炉吸风机的方案。由于我公司是1990年投产的机组，加之近几年在设备改造上投入不足，使得公司的厂用电率一直居高不下。我公司为了降低厂用电率，通过学习其他电厂的成功经验，经过多方考察，决定采用高压变频器控制像锅炉吸风机这样的高压电机，高压变频器运行的优势可以大大降低厂用电消耗，提高效率，减少启停对电机本身的影响，优化参数。1.3国外和国内变频调速技术的研究现状1.3.1变频调速系统发展20世纪50年代，电力电子器件已经运用于工业生产因为晶闸管的研究取得成功，可控整流直流调速变成了主要调速手段。但是因为直流电机造价也比交流电机高很多，结构比较复杂，而且直流电动机在运行中必须经常维护，以免产生碳粉引发环火事故，同时由于直流调速系统的线路比较复杂而且维修十分不方2 华北电力大学硕士学位论文便，所以全世界加快了研究和开发交流调速技术。20世纪80年代，随着电力电子器件从电流驱动型发展到电压驱动型全控器件，而且绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、大功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管(GTO）等全控型的电子器件研制取得成功。主电路变得简单，工作可靠性提高，驱动更加方便。同时随着交流电机变频调速技术得到了突破性进展和微电子技术、控制理论和计算机技术的发展，并且逐步取代了直流调速系统和其它调速方法体现出了它优良的节能成效和卓越的调速能力，如整流子电机调速、变极调速、滑差电机调速、串级调速等。由于全球能源短缺的趋势日益加剧，变频器产品的性能和交流变频技术不断完善且越来越广泛的应用在工业生产的各个领域中。1994年完整的变频调速系统产业体系在发达国家形成，日本已经生产100kW等级的中小功变频器100万[4]台外。1.3.2国外变频调速技术现状日本的富士公司在小功率交流电机变频调速方面的变频器最大单机容量可达700KVA，它配套的控制系统也已实现全数字化。意大利的ABB公司在无换向器大功率电机变频调速方面已能实现单机容量为6万千瓦用于抽水蓄能电站的设备。法国的阿尔斯通公司在大功率交流电机变频调速方面已经可以提供单机容量达3万千瓦的设备用于推进船舶系统。国外主流的高压变频器供应厂商主要有罗克韦尔（AB）、ABB、罗宾康及西门子等。国外品牌以西门子为代表的占据了大容量设备和大型工程配套的高端市场。国外变频器各大品牌的生产商，都已经形成了系列化产品，设备的控制系统也全面实现了数字化。基本上所有的产品都有矢量控制功能，超高的工艺水平也是国外先进品牌的一大特点。目前，在发达国家，变频器和电机在许多场合都是同时存在的。国外先进的发达国家高压变频技术发展现状归纳如下：（1）技术开发的起步比较早，而且已经有了比较大的产业化规模。（2）能够制造特大功率的变频器设备，目前已超过2万千瓦。（3）拥有完善的变频调速产品的技术标准。（4）有较为成熟的与变频器相关的配套产业和行业。（5）先进国家都具备变频器件成熟的生产技术，如SGCT、IGBT、IGCT等。（6）在各个行业中都广泛应用高压变频器，而且得到了显著经济效益。（7）新产品中大量和快速的应用创新技术和新工艺。（8）采用输入多脉波整流，输出采用H桥逆变叠加多电平输出，逆变单元是使用通用的模块，不需要输入、输出滤波器就可以控制高压同步电机和异步电机，美国罗宾康公司就是这个类型的代表。（9）采用输入多脉波整流，输出采用H桥逆变叠加多电平输出，逆变单元3 华北电力大学硕士学位论文是使用高压模块，需输入、输出滤波器就可以控制高压同步电机与异步电机，ABB[4]公司和富士公司的产品就是这个类型高压变频器的代表。1.3.3我国高压变频器的发展现状我国的电机变频调速产业开始于上世纪50年代。在机械工业部属下成立了我国第一个电气传动成套公司--天津电气传动设计研究所。当前我国从事变频调速技术的公司、工厂和研究所已经有200家左右。随着改革开放和经济高速发展，变频调速已经形成了对国内和外国的公司都敞开的一个庞大的市场。为了满足了我国的生活和生产需要，从发达国家进口许多最先进的产品，在我国生产运行良好。当今外国进口和合资企业的先进设备被使用在国内自行设计制造的成套装置中的成套部分上，国际上先进的产品也在国内许多合资公司生产，同时国内公司开发自己的应用软件，在高压电机变频调速技术的应用和研究方面取得了很大的[5]成绩，能将国内外一流的电气传动控制系统提供到重大工程项目中。我国比国际先进水平还差10-15年左右的电气传动系统制造技术水平。我国只有少数科研单位能够制造，在中小功率电机变频调速方面，在20世纪80年代，针对交流电机具有多变量、非线性、强耦合的特点，已经将矢量控制的理论成功吸入，研究交流电机采用了非线性解耦和线性解耦的方式的变频调速控制策略。在大功率电动机变频调速方面，在矿井卷扬机、大容量风机、抽水蓄能电站机组起动及运行方面、压缩机和轧机传动这方面产品有很大需求。而且在系统可靠性和数字化等方面与国外先进技术还有很大差距。国内作了大量的变频理论的基础研究，到90年代，根据国外最新的电机调速控制策略，随着数字信号处理器和高性能单片机的广泛使用，采用空间磁通矢量PWM及高次谐波注入SPWM等方法，对感应电动机的转矩、磁链和转子电阻进行全面在线观测，针对交流感应电机的特点，采用用神经网络理论、模糊控制的算法，在无速度传感器的交流变频调速技术的研究上建立了大量的基础研究。在控制器件方面，DSP的应用实现了从16位单片机到32位。大功率IGBT、IGCT、GTO、SCR等器件的串联、并联技术应用，中小功率的变流主电路在新型电力电子器件应用方面由于IPM、GTO、IGBT、GTR等全控器件的使用大大简化，使大电流、高电压变频器产品的生产及应用成为现实。DSP和半导体功率器件等器件在变频调速新型控制策略的研究方面依赖进口，变频器由于无法形成产业化导致制造成本比较高，无法与国外的知名品牌抗衡，仅有少量的样机采用矢量控制，每年仍然需要大量进口高性能的变频器，几乎所[7]有的国内产品都是V/f控制，而且品种与质量也不能满足市场需要。我国生产高压大功率变频器的厂家大约有20家左右，如广州智光、合康益盛、东方凯奇（现东方日立）、山东风光、成都佳灵、利德华福、中山明阳、上海科达、九州电气等。4 华北电力大学硕士学位论文因为美国的罗宾康公司并没有在中国申请专利，所以大多数厂家都采用该公司的技术即为单元串联多重化的结构。深圳市英威腾电气有限公司则采用拥有自主知识产权技术，开发出CHH系列矢量控制高压变频器，2009年已经生产40台，2010年实现批量生产107台。随着技术研究的逐渐深入，国产高压变频器在理论上和功能上都已经可以比肩进口变频器，但是由于工艺技术的局限，与进口产品还有较大差距，这些情况主要反映在以下几个方面：（1）国内具有自主研发能力和较大产业化规模的企业数量在逐年增加。（2）国产的高压变频器的功率越来越大，目前国内最大能生产8兆瓦。（3）国内高压变频器的技术规范标准还要提高。（4）高压变频器的相关相配套产业还没有发展起来。1.4论文主要工作本文主要针对辽宁能港发电有限公司的锅炉吸风机高压电机的调速方案进行研究和分析，是为了研究高压异步电机变频调速技术的可行性，分析了当前普遍使用的几种应用现状和调速技术，具体研究设计高压电机调速方案，通过对国外和国内各种电机的调速技术进行比较和分析，并且应用高压变频器实现了对高压异步电机的调速，通过对应用前后耗电量和各个参数的比较，达到了节能的效果。本文主要包含以下内容：第一，系统的回顾和总结了国内外有关异步电机的调速方法和发展现状，深入研究了各个调速方法的原理和优缺点，提出了加装变频器的方案。第二，对辽宁能港发电有限公司高压异步电动机的现状进行了分析，通过对多种高压变频器的原理进行研究，对吸风机变频改造需求进行论证，确定了高压变频器的选型。第三，设计了锅炉吸风机加装高压变频器的电路主系统图，设计了炉膛负压控制系统的方案，设计了变频调速控制回路的逻辑控制方案等等一整套锅炉吸风机改造方案。第四，将研究过成果成功的应用在能港公司锅炉吸风机改造中，通过对高压风机变频改造前后的数据进行了对比，达到了很好的改造效果，验证了整个设计的正确性。5 华北电力大学硕士学位论文第2章电厂锅炉吸风机调速方法的确定2.1电动机调速技术原理由异步电动机的转速表达式n=60f/p(1-s)可知，改变频率f、改变电机的极对数p、改变转差率s都能达到改变电机转速的目的。因此，交流异步电动机的主要调速方式可分为三大类：变频调节、改变磁极对数调节、改变转差率调节。为了从以上几个方面改变电机转速，在实际方法中有变极调速、串级调速、定子[8]调压调速、转子串电阻调速、变频调速等方法。2.2电动机调速的方法2.2.1电动机调速原理概述根据异步电动机的转速公式n=(1-s)﹒ns，异步电机调速方法分两类：1、调节转差率调速，当电机中的旋转磁场同步转速恒定的情况下，属于比较低效的调速方法，如调压调速、滑差离合器调速、斩波调速、转子串电阻调速。2、调节电机旋转磁场，如变频调速、变极调速，都是属于同步速度的方法比较高效的调速方法。（1）变极调速方法是它一般只有二级,属于投资较小、比较简单的高效调速方法，但是有级调速，只局限于鼠笼式异步电机的应用，最多也只有三到四级，只适合在二三种固定运行工况的场合使用。（2）低效调速方法比较消耗能量，不经济，调速过程中，相应的损耗也要增加。这种耗能的调转差的调速方法尤其要指出的是在水泵类设备、透平式风机的小范围中，能起到比较好的调速节能效果，所以被广泛采用。但这种调速方法广泛应用于一些低速运行时间不长、调速范围不大、电机容量较小设备价格便宜，调速方法简单的场合中。(3)异步电动机通过采用变频启动的方法，大幅的降低电动机的启动电流，提高启动转矩，能显著改善电机的起动特性，因此变频调速是异步电动机比较理想的调速方法。异步电机的变频调速可以根据负载特性不同无级变速，为了保证电机始终运行在较高效区，通过适当的调节频率与电压之间关系，从而保持良[9]好的运行特性。一个能满足电动机运行的变频电源是变频调速系统必须具备的条件，异步电动机变频调速技术存在一定的障碍，主要是由于推广应用需要投资较大。不过这种局面随着电力电子器件的发展和变频技术的成熟将得到逐步改善。按变频电源的特性可以分为电流源型和电压源型两大类。电感滤波内阻抗比6 华北电力大学硕士学位论文较大是由于在电流源逆变器的直流回路中接有输出电流比较稳定的较大平波电抗器，半导体器件由于对过载能力比较低，出现过电流的可能性较小，所以比较安全。然而异步电动机在电流源逆变器供电下通常需要采用动态校正和闭环控制才能保证电机的运行稳定。电流源逆变器供电在中等以上容量单台电机的调速中[10]应用的比较多，优点主要是容易实现四象限运行，可以很好的进行再生制动。电压源逆变器的直流侧内阻抗比较小，输出电压比较稳定，由于采用电容滤波，它的特性和普通市电比较类似，广泛应用于冶金、化纤等行业的多机传动系统中，比较适合多台电机的协同调速和并联运行。由于这种电压源逆变器容易出现过电流的现象，输出电流可以突变，这种逆变器的主要问题是它不太适合电动机的四象限运行要求，因此需要有快速的保护系统，不容易实现再生制动。变频器采用拥有自关断能力的高频开关器件,逆变器的输出特性采用空间电压矢量脉宽调制和正弦脉宽调制的新型的脉宽调制技术优化。脉冲宽度的波形按照正弦规律变化，其中的高频开关方式又升高了输出谐波频率、减小了谐波幅值，逆变器的输出电压中含有的低次谐波得到了明显降低，也加强了逆变器动态响应速度，在小、中型异步电机的变频调速中，获得了较为广泛的应用前景。变频器因为异步电机功率工作在功率因数落后的状态，主要采用半控器件的晶闸管作为功率开关器件，异步电机所使用的晶闸管逆变器大都带有强迫关断的辅助换流电路，没有办法向直流到交流转换的逆变器提供元件换流所必需的落后的无功电流，使变频器的结构变得复杂。由于晶闸管元件可以实现大容量、高压技术成熟因此电流型的大机组变频传动中得到广泛的应用。另外由于晶闸管开关频率比较低，为富含低次谐波的方波或阶梯波（六脉波），致使变频器输出电压或电流，产生了转矩脉动、发热、噪声、振动与损耗等谐波负面效应，恶化了电[11]动机供电条件。空间电压矢量调制技术是把交流电机和逆变器通过对逆变器中功率器件开关方式的控制作为一个整体来考虑，有效的使电机气隙中所产生的实际磁通尽量达到就像电网正弦电压供电时的比较理想的圆形磁通轨迹，从而达到输出不同的三相电压构成一个空间矢量，进而使变频器输的出特性能够达到一个更高的综合性能。由于SVPWM方法易于数字实现是把三相变量进行统一处理，目前已有取代[12]SPWM的发展趋势。2.2.2变极调速原理如图2-1(a)所示是一个四极电动机的A相绕组示意图，在如图所示的电流方向a1→x1→a2→x2下，它产生磁通势基波极数2p=4。如果按图2-1(b)所示线路改接，即a1与x2连接作为首端A，x1与a2相连接作为尾端X，则它产生的磁通势基波极数2p=2，这样就实现了单绕组变极。7 华北电力大学硕士学位论文图2-1变极原理图2.2.3变频调速2.2.3.1变频调速时的转矩特性为了保持电动机的负载能力，这就要求在改变供电频率的同时，应保持气隙主磁通Ф不变，也改变感应电动势的大小，使E1/f1保持常数，即保持电动势与[13]频率之比为常数进行调速，这种调速控制称为恒磁通变频调速。2.2.3.2变频调速电源实现变频调速的关键是如何获得一个单独向异步电动机可靠供电的变频电源。目前在变频调速系统中广泛采用的是静止变频装置。它是利用大功率半导体器件，先将50Hz的工频电压源通过整流变成直流，然后再通过逆变器转变成电压与频率都可以调节的变频电压给电机，这种系统成为交—直—交变频调速系[7]统。如下图所示为交—直—交变频调速系统组成框图。整逆+流Ud变M器器-~50Hz图2-2变频调速原理图2.2.4电动机的变转差调速2.2.4.1移相调压调速调压调速电路是将3对反并联的晶闸管（或3个双向晶闸管）分别接至三相异步电动机和电源之间，就构成了一个典型的三相交流移相调压调速电路，如下图所示。8 华北电力大学硕士学位论文VT1UVT4VT3VMVT6VT5WVT2图2-3三相交流移相调压调速电路为保证输出电压对称并具有一定的调节范围，阳极接电源的三只晶闸管VT1、VT3、VT5的触发脉冲在相位上应依次相差120°并与电源电压同步。同一相电路中两只反向并联晶闸管的触发脉冲相位差应为180°，以保证6只晶闸管的触发脉冲相位按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序依次相差60°，使6只晶闸管在一个电源周期中各被触发一次。由于电路无中性线，一相电流必须通过另一相电路构成通路。因此每瞬间至少应有两相电路同时导通，为保证调压电路能处于正常工作状态，和三相桥式可控整流电路一样，每只晶闸管触发脉冲宽度不能小于60°（一般为120°）。2.2.4.2绕线转子回路串电阻调速绕线转子异步电动机转子回路串电阻不仅能改变电动机的转矩特性，也能实现在一定范围内的调速。这种调速方法的优点是设备简单、投资少。其调速电阻还可兼作启动电阻和制动电阻使用。因此多用于对调速性能要求不高且断续工作的生产机械，如桥式起重机、通风机、轧钢辅助机械等。这种调速方法的缺点是在低速下机械特性很软，负载转矩稍有变化即会引起很大的转速波动，系统稳定性不好，调速范围也就不可能太宽。转子要分级外串电阻，体积大、笨重，且为有级调速，低速时由于能量损耗太大而不宜长期低速运行。2.2.4.3绕线转子串级调速绕线转子异步电动机转子串电阻调速，实质上是设法将一部分本来要转换为机械功率的电磁功率消耗在转子电阻上，使实际的输出功率减小，迫使一定负载转矩下电动机的运行速度下降。绕线转子异步电动机转子回路先接三相不可控的整流器，将转子电动势整流成直流电压Ud，经滤波电抗器Ld滤波后加到晶闸管组成的逆变器上，然后由逆变器将直流逆变成交流，经专用的逆变变压器TP与9 华北电力大学硕士学位论文电网相接。改变逆变器的逆变角β，就可以改变逆变器两端电压U,也就改变了直流电动势Ef的大小，其相位总是和转子电动势E2s相反，所以可以实现异步电动机的低同步串级调速。随着Ef增大，转移到电网的功率也增大，迫使电磁转[15]矩特性向下移动，电动机转速逐渐降低，从而达到调速目的。2.2.5电磁转差离合器调速电磁调速异步电动机，即滑差电动机。它由电磁转差离合器和三相笼型异步电动机组成。电磁转差离合器的输入转速为笼型异步电动机的转速基本不变，调节转差离合器的励磁电流，即可调节转差离合器的输出转速，也即可调节负载机械的转速。2.3吸风机改变频调速的理由目前，辽宁能港发电有限公司机组控制系统已经实现了DCS控制，按照工作条件和工况要求，电机转速必须连续可调，因此电机调速改造要首选可自动控制且连续调速。为了沿用现有电机，调速装置要满足调速范围宽、安装容易、节电效果明显、如出现故障可尽快回复原运行方式等等条件。综合上述要求，经过多方调研和走访其他类似电厂，最终选择了用高压变频器调整电机转速的方法。10 华北电力大学硕士学位论文第3章电厂吸风机变频改造的应用研究3.1改造前的工作原理能港发电公司装有两台200MW国产燃煤汽轮发电机组，其锅炉两台吸风机均为1250/630kW、电压等级6kV、额定电流160/87A、转速744/594r/min的双速电机，两台风机采用并联运行方式，通过入口静叶挡板对风量进行调节，挡板开度在60%-100%之间。运行效率较低，挡板节流损失较大，浪费大量的电能，使厂用电率升高，供电煤耗高，发电成本高。3.2调速系统的原理、设计及选型研究3.2.1变频调速节能原理由电机学可知：n=60f/P（1-s），变频调速是通过改变供给电动机电源的频率达到改变电机转速的目的。我国现行的火电设计规程SDJ-79规定，风压裕度分别为10%和10%-15%，燃煤锅炉的送、吸风机的风量裕度分别为5%和5%-10%。这是因为在设计过程中，很难准确计算出管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的问题，通常把系统的最大风压和风量余量作为选择风机型号的设计值。但风机的系列和型号是有限的，锅炉送、吸风机的用电量中，很大一部分是因为风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉，往往在选型时只好向上靠。这样锅炉送、吸风机的风量裕度和风压裕度大20%-30%是比较常见的。同时，发电机的负荷调节必须要相应的送、吸风机等也必须进行[2]调节，在调节的过程中又有大量的能源被浪费了。改进离心风机的调节方式是降低风机耗电量，提高风机效率的有效途径。变频调速由可控硅整流器和可控硅逆变器组成，整流器将50Hz的交流电变成直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的交流电供电机。当采用变频调速运行时，改变吸风机运行的性能曲线，使吸风机运行的额定参数满足要求，根据吸风机的相似定律，可以根据需要调整电机转速，理论分析变速前后压力、功率、流量与转速之间的关系为：23H1／H2=(N1／N2)；Pl／P2=(N1／N2)；Q1／Q2=N1／N2吸风机分别在N1、N2转速时的压力为H1、H2，流量为Q1、Q2，功率为P1、P2。设调频后的转速为原来的一半，即：N1／N2=2/1，则P1／P2=8／1，由此可见通过降低电机转速就能有效降低轴功率。当转速从N1降到N2时，Q1与Q2点的效率值基本相同，吸风机的额定工作参数H、P、Q都降低了。由此可知当转速降低时，额定工作参数也相应降低，只有效率不会降低。11 华北电力大学硕士学位论文变频改造投入运行后，用降低转速来调节流量，管道上阀门始终处于全开状态，减小了阀门未全开吸起的节流损失，避免效率降低。同时，可减小工频50Hz直接启动对电网和机械的冲击，减小损耗。2一般风机的压力与转速的平方成正比：p∝n，功率与转速的三次方成正比：3p∝n，流量与转速的一次方成正比：Q∝n。例如：当转速降低到80%时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的三次方即51%；若流量需减少到40%，则转速相应减少到40%，此时轴功率下降到额定功率的6.4%。利用变频调速技术，通过其对风机转速的控制，改变风机特性曲线，减少了由于挡板节流阻力产生的3能量损失。由于转速降低，根据p∝n，即功率消耗按转速3次方的规律下降，所以耗电量大大降低。由下图可以看出吸风机静叶调节与变频调节方式的比较，从此比较中可以分析出风机变频调节的节能原理。下图曲线n1为风机开始调速前的风压-风量（H-Q）特性曲线，曲线R1为管网风阻特性。设风机设计工作A点效率为最高，输出风量Q1为100%，对应的轴功率P1与风压H1和风量Q1的乘积成正比。如果由于机组减负荷，要求风量从Q1减小到Q2时，采用动叶调节，同时相当于增加管网阻力，使管网助力特性变化到R2，系统工况点也从A点变到B点，从图中能看出，风量虽然减小了，风压反到增加了，代表轴功率的面积比调节前减少不多。若采用变频调速运行，随着转速的下降，风压-风量特性变成曲线n2，系统工况点也从A点变到C点，代表轴功率的面积比采用挡板调节时明显减少，两者之差就是节约的轴功率。图3-1风机的风压和风量特性曲线3.2.2单元串联多重化电压源型变频器的工作原理及优点单元串联多重化技术，真正实现了直接6kV的高压输出，生产的高压变频器无须配置输出变压器，在变频器中采用了先进的IDBT功率开关器件，对电机无附加应力，达到了完美无谐波的输出波形，将大大延长电机的使用寿命。多重化技术就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成，各功率单元用光导12 华北电力大学硕士学位论文纤维隔离驱动和高速微机处理器实现控制由一个多绕组的隔离变供电。每组由7个额定电压为485V的功率单元串联，因此相电压为485V×7=3395V，所对应的线电压为5880V。每个功率单元由输入隔离变的21个二次绕组分别供电，21个二次绕组分成七组，每组之间存在一个8.6度的相位差。所需相差角度可通过变压器的不同联结组别来实现。这种采用功率单元串联的多重化技术称为单元串联多电平ＰＷＭ电压型变频器构成的高压变频器，不存在器件均压的问题。单元串联多重化变频器电压源型有以下优点：第一，可采用技术成熟、可靠的低压IGBT组成逆变单元，由于采用功率单元串联，通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求。第二，纯中文人机界面，操作方便，故障记录准确可靠。第三，完美的输出波形，能适应任何场合和电机。第四，变频器配置手动旁路柜，变频器需要检修时可投入工频运行，从而保证系统的连续运行。3.2.3调速方案选型设计要求考虑到电机的工作环境和运行方式，根据多年运行参数及经验，通过对几种电机调速方案的分析，对吸风机变频调速系统主要技术参数和性能要求如下：（1）为了保证变频控制系统的可靠性重要原件应冗余配置。变频器要达本体面板控制、主控室计算机、到现场的三地转换和自动控制。显示面板基本功能显示要包括：功率、频率、电压、停、功率因数、开、中电流、故障记忆及故障显示等，且变频器本体柜操作盘应能进行相关的参数设置和各种控制操作。（2）变频装置应带故障自诊断功能，能对发生的故障位置及类型提供中文指示，能示远方报警并在就地显，提供变频器支撑软件宜为汉化的最新的正版软件。（3）变频控制系统能够与现有的DCS控制系统良好对接接受现有控制系统指令，并反馈变频器的故障报警信号和主要状态信号，至少包含以下模拟量和开关量信号：开关量输入：启动、停止、手动/自动转换信号。模拟量输入：DC4-20mA标准信号；频率调节（转速给定）。开关量输出：变频器运行、故障、高压准备就绪、停止信号。模拟量输出：DC4-20mA标准信号；输出频率、输出电流。（4）变频控制系统直接接厂内6kV母线做输入应满足高-高电压源型变频调速控制，不设输入输出变压器，直接输出6kV到电机作为动力电。（5）变频控制系统要包含过电压、欠电压、过电流、超频、失速、变频器过载、电机过载、缺相、半导体器件过热、短路、瞬停等基本保护功能，必要时13 华北电力大学硕士学位论文能联跳输入侧开关。（6）变频器强弱电之间采用铁壳屏蔽、光纤隔离，输出电压对本体控制系统就地控制柜无谐波影响必须符合IEEE519-1992及国标GB14549-93对谐波失真的要求。（7）变频装置的I/O对开关量输入回路在硬件上采取光电隔离措施可根据用户的要求进行参数化，在软件上采取消除接点抖动措施，做好接地、屏蔽等抗干扰措施。并对开关量输出控制能直接启动任何中间继电器并应具有光电隔离输出；模拟量信号增加信号隔离器隔离。（8）变频器柜内强电信号和弱电信号应分开布置，变频装置内部通讯提高通讯速率和抗干扰能力应采用光纤连接，以避免干扰。（9）变频器具有与其它控制系统或现有控制系统DCS的通讯接口，能与其它控制系统或现有控制系统DCS共同完成两系统间的通讯连接。（10）变频器满足如下要求：当6KV母线上最大的单台电动机启动时，母线电压降低应对变频器运行无影响。等电压恢复正常后再回到给定转速，变频器自动降低转速，维持运转；调速精度为0.01HZ；最大瞬时启动力矩为120%；间歇过载能力为120%（1min）；150%时立即保护，50HZ以上恒功率特性输出；恒转矩调速范围为3-50HZ；变频装置欠压保护动作值：允许电压降落35%，保护时间可设定；变频装置动力电源与控制电源独立设置，控制电源由用户提供单相220V交流电源，动力电源为变频调速系统内部取电；变频装置的输出频率范围为0.5-120HZ。变频器瞬时断电再上电的能力：瞬时掉电时，变频器自动降额运行，使输出功率为零或为负，使电容上的能量维持较长的时间。变频装置功率元件形式：变频调速系统功率元件采用IGBT模块；如果掉电时间在20s内，输入电压恢复正常后，重新提升输出频率至给定值，此过程由加减速时间控制；噪声等级指标：系统运行噪声＜75dB；控制技术：多级PWM控制。（11）其他方面要求：旁路开关、变频器、柜门之间必须具有误拉闸、防误合闸功能；变频装置的控制电源应配置UPS不间断电源；在旁路主回路中，变频器的检修安全、变频器电源进线，为保证在旁路运行后，变频器输出出线必须加隔离开关，保证有明显的断开点，以满足安全规范要求。（12）报警信号应能远传到控制室，冷却系统应可靠，平均无故障时间应≥变频装置本身。在一个风机出现故障时不影响变频器的正常运行。冷却装置应拆装方便。3.2.4吸风机高压变频调速系统的容量选择变频器大多按照电机铭牌所标容量来选取，容量的选取首先要考虑一定安全14 华北电力大学硕士学位论文系数，这样选取是极其不经济的，即“变频器铭牌容量选择原则”。变频器要考虑实际需要容量的选择原则来可解决此问题，主要考虑以下几个方面的因素：（1）机组及系统需求。吸风机在实际锅炉启动初期，吸风机输送的介质实际为空气，但额定情况是按照烟气量进行设计的，但这就造成了实际的功率比设计功率大。当一侧风机掉闸后，电站一般设计为双侧风机，风机变频时两侧风门挡板全开，另一侧风机必须满足迅速带满负荷运行，这样才能满足锅炉系统风量的要求。如果不能迅速全关故障侧风机的挡板，运行侧风机的风量将有一部分从故障侧风道分流，就会失去双侧风机锅炉灭火保护作用，导致运行侧变频器过负载而跳闸，造成停炉事故。要求变频器有一定短时间过负载的能力，同时要求风门挡板要有快关能力。此外，还要考虑漏风和煤种变化，除了极端工况情况。（2）机组安装脱硝系统的需求。目前环保对吸风机的变频改造要求越来越高，安装脱硝系统后也要综合考虑吸风机的系统大约增加1000Pa的阻力，这部分压降不能忽视，应考虑机组未来将安装脱硝等环保装置的需求。所以变频器容量的选择，既要避免因选择过大容量的变频器造成大量资金浪费，又要保证发电机组连续安全稳定运行可靠性的要求，要兼顾各种运行工况。（3）风机性能。一般情况下，对于在工作过程中经常或有时电动机的负载达到或接近其额定容量时，根据实际最大运行功率和风机性能试验结果来选择变频器的容量。为了保证电动机的额定出力，变频器容量应为电动机额定容量的110％。如果在拖动负载达到额定出力，就应该根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，这样既节约了变频器和相应配件的投资，又满足了生产需要。3.2.5吸风机的运行条件因为电厂使用的是静叶可调的高效吸风机，挡板节流调节的计算公式已经不适用了，静叶调节效率远高于风门挡板调节方式，一定要考虑吸风机实际的运行[8]效率和实际运行的负荷率。因此吸风机必须满足以下运行条件：1)风压条件。炉膛正常运行时只维持一个数值很小的正常负压，吸风机的压力对负压炉膛的锅炉来说主要用于克服烟道子系统的阻力，但是在吸风机风量随风机转速成一次方下降时，可见风压下降的速度远高于风量，吸风机的风压则随转速成二次方下降，因此必须保证风压在允许的范围内运行。2)风量条件。风机改造必须满足的条件是要保证同一负荷时风机提供的风量不变。3.2.6变频器的选型要求目前主要有四种高压变频装置满足6kV等级变频器的设计要求：三电平型、直接串联型、单元串联多电平型和电流源型。由于单元串联多电平方式容谐波技15 华北电力大学硕士学位论文术成熟且易实现冗余运行，dv/dt低。根据现场实际情况，因此决定选用北京利德华福有限公司生产的Harsvert-A型高压变频器。每套变频调速系统包括工频/变频旁路切换柜、高压变频器专用隔离变压器、电动机、风机、高压变频器（由功率柜和控制柜组成）及后台控制系统构成。每台风机配置一套高压变频调速系统。该变频调速系统具有功率因数高、编程灵活、模块化结构、维护方便、操作方便、谐波含量小、故障率低、易维修等特点。3.3HARSVERT-A系列变频器结构原理HARSVERT-A系列高压变频器为电源型高压变频器，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，总体谐波畸变THD小于4%，具有对电网谐波污染小，输入电流谐波低、输出波形好、功率因数高、运行稳定、效率高、调速范围广等特点，因为功率因数高，所以不必采用功率因数补偿装置；因为输出波形好，所以不必采用输入谐波滤波器，不必加输出滤波器。可以使用普通的异步电机，不存在谐波引起电机的共模电压和转矩脉动、附加发热、噪音等问题。不采用功率器件串联而是采用功率单元串联的方式，因此不存在器件串联引起的均压问题，不宜发生故障，器件不必串联承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件工作在低压状态，直接使用低压IGBT功率模块。6kV变频器共使用42对1200V低压IGBT，驱动电路非常简单，低压IGBT门极驱动功率较低，不必采取均压电路和浪涌吸收电路，开关频率很低，系统效率高，变频器的6kV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，当系统的电源电压下降30%时，变频器仍然可以继续运行，完全全面满足在动力母线切换时变频器不停机的需要。同时功率单元总体技术成熟可靠采用电容滤波结构。功率单元由母线电压经过副边多重化的隔离变压器降压后供电，为三相输入单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构，供给高压电机，相邻功率单元的输出端串接起来形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出。变压器二次绕组之间及功率单元之间相互绝缘，二次绕组实现多重化，每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，采用延边三角形接法，以达到降低输入谐波电流的目的，能保证各相位组的电流即使在电动机电流出现不平衡的情况下也基本相同，达到理想的谐波抵消效果。逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，串联各单元的载波之间互相错开一定电角度，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，实现多电平PWM输出电压非常接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，功率单元采用较低的开关频率，且输出电平数增加，以降低开关损耗。电平数和等效开关频率的增加有利于降低输出谐波及改善输出波形，由谐波引起的噪音、转矩脉动、不会产生输出电缆较长时行波反射吸起的浪涌电压16 华北电力大学硕士学位论文增加而造成电机绝缘破坏问题，电机发热等都大大降低，可以直接用于普通异步电机。3.4锅炉炉膛负压控制系统设计方案系统如图所示，在炉膛中有三个压力采集点，共六条管路，通过三个压变，将压力大小转化为4-20mA电信号，在DCS处理器中通过三取中，确定一个平均的压力值，通过与设定的压力值进行对比，从而判断出当前压力与设定压力的大小，将比较结果通过一个4-20mA的电信号发送给变频器，变频器通过信号的值确定升高还是降低频率以调整电机转数，电机转数增加，炉膛负压及增加，电机转数减小，炉膛负压及减小。DCS炉压变一变频膛电压变器机二压变三图3-2炉膛调压系统原理炉膛压力调节通常采用如下方法来提高炉膛压力控制系统的可靠性和调节品质：（1）当锅炉炉膛负压过高（500Pa）时，该控制系统将闭锁吸风机风量减小；当锅炉炉膛负压过低（-500Pa）时，为了保证炉膛压力在要求的范围内，吸风机风量增加将被控制系统闭锁。（2）为了保证执行机构不频繁动作，一般为2s左右时间，对炉膛负压的测量值在计算机中进行滤波。（3）炉膛压力测量采用设有监控逻辑的3台变送器经过控制算法后所选的值作为测量值。当3台变送器全部正常时，选偏差不大的2台变送器的平均值作为测量值；当其中任一台变送器有品质报警，而其他2台无品质报警的变送器控制偏差大，此时切手动；当3台变送器之间全部有控制偏差报警时，切手动；当3台变送器全部有品质报警时，切手动。这样就可以保证炉膛压力测量信号的准17 华北电力大学硕士学位论文确性。（4）当控制偏差有报警提示超过一定数值时并自动切手动，保证炉膛压力控制的正确性。（5）炉膛压力控制系统设有防内爆功能。当锅炉由于汽包液位低、炉膛压力低等保护动作而发生锅炉主燃料跳闸（MFT动作）时，如果控制燃料的执行机构不及时动作，由于锅炉突然灭火吸起锅炉炉膛压力大幅度下降，就有可能吸起锅炉炉膛内爆。为了避免这种情况的发生，直接前馈到该控制系统中去，用MFT动作信号吸发一组逻辑动作。在MFT动作后，2台吸风机执行机构先向关的方向动作，保持一段时间后，使2台吸风机的执行机构再向开的方向动作，直到开度达到原来设定的某一位置，这样就实现了吸风机的一组防内爆功能，直到开度达到MFT时的位置，从而保证了锅炉的安全。（6）炉膛压力控制器一般设有一个死区，当炉膛压力的测量值和设定值的偏差不超过死区范围时，控制器的输出不变，执行机构不动作，这就有效地消除了因炉膛压力经常波动而使执行机构频繁动作，提高了整个系统的稳定性和执行机构的使用寿命。3.5变频调速系统的改造方案3.5.1主回路系统图公司锅炉吸风机进行变频改造，主系统选用北京利德华福电气技术有限公司生产的Harsvert-A的变频装置，接入系统设计如图6kV母线QFQS1QS3变频器UQS2电动机M图3-3主回路电路图18 华北电力大学硕士学位论文本部分由3个高压隔离开关QS3、QS2、QS1组成。在机械上实现互锁，要求QS3和QS2不能同时闭合。工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合；变频运行时，QS3断开，QS1和QS2闭合。工频运行旁路时，变频器应允许QF合闸，撤销对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸启动工频。一旦变频器故障,为了实现变频器故障的保护，变频器对高压开关QF进行连锁，变频器跳开QF。控制#1、2吸风机变频器的开关由原来高速开关电源带，电机电缆、保留低速开关、高低速联动及操作回路，#1、2吸风机电动机用原有设备。在炉侧DCS画面内加装变频器启动/停止的操作器，变频器各种轻、重故障报警上炉侧光字牌。吸风机变频器安装在#1、2吸风机电机中间位置，安装一间8m×7m×4m简易专用房，给变频器加装风道，为了加强变频器的冷却风量，加装一冷却器冷风进风通道，同时又为了保证变频器室内的风量，满足变频器冷却风量的需要，将变频器柜顶风机排出的热风直接排向室外。3.5.2高压变频调速系统构成HARSVERT-A系列高压变频调速系统由控制器、功率单元和移相变压器组成，每7个功率单元串联构成1相，有21个功率单元。3.5.3功率单元结构每个功率单元结构上是完全一致的，可以互换，其电路结构如下图所示，为基本的交流-直流-交流单相逆变电路，正弦PWM控制通过IGBT逆变桥进行，整流侧为二极管三相全桥。图3-4变频调速功率单元图3.5.4输出、输入侧结构输出侧电机供电是由每个单元的UV输出端子相互串接而成星型接法提供，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图所示波形，可直接减少电机的绝缘损坏，dv/dt小，这种波正弦度好，电机不需降额使用，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，可直接用于旧设备改造；同时电机的谐波损耗大。消19 华北电力大学硕士学位论文除由此引起的机械振动，减少了轴承和叶片的机械应力。输入侧移相变压器的副边绕组分为三组给每个单元供电，构成42脉冲整流方式，这种多级移相叠加的整流方式使其负载下的网侧功率因数接近1，可以大大改善网侧的电流波形。3.5.5控制器控制器核心由高速单片机来实现，控制器包括内置的SIEMENSS7-200CNCPU226CN、PLC1台，控制器还包括主控板、接口板、总线板、电源板、光纤板和功率模块，模拟量I/O组合模块EM235CN1块，模拟量输出模块EM232CN1块。3.5.6软件控制界面通过高压变频器的主界面可以完成变频器的功率设定、参数设定、实时波形显示、故障查询、运行记录打印。在界面上还显示输出电流、运行频率、电机速度、输入电压、输入电流、输出电压等参数。在主控界面可以对变频器直接进行加速、启动、停机、减速、急停、复位和设定运行频率等操作。3.5.7高压变频调速系统控制方式远程控制：如将高压变频器柜上的选择开关处于远控位置，则在上位机上设定给定频率，并给出启动信号。本机控制：如将高压变频器柜上的选择开关处于本机控制位置，这时只能由变频器操作，在操作面板上直接给定频率，按启动按钮。3.5.8变频器提供的开关量输出（1）变频器轻故障报警：包括柜门非法打开、变压器超温、控制电源掉电、给定信号断线、单元旁路（过热、欠压、缺相、驱动故障）等信息（2）变频器重故障报警：包括变压器过热、单元重故障（过压、光纤故障）、变频器150％过流等信息。（3）变频器待机状态指示：表示变频器高压受电正常，已待命，具备启动条件。（4）变频器运行状态指示：表示变频器正在运行。（5）变频器控制在远方：表示变频器柜门上本地/远程选择开关打到远程位置，DCS可以控制变频器的启停。（6）电机工频旁路状态以上所有数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效，接点容量均为AC220V/3A。20 华北电力大学硕士学位论文3.5.9现场需要提供给变频器的开关量（1）启动变频器：无源干接点，闭合时有效，使变频器开始运行。（2）停运变频器：无源干接点，闭合时有效，使变频器正常停机。3.5.10DCS需要提供给变频器的模拟量该给定值可以为4~20mA的电流源信号（带负载能力必须大于250Ω）。该给定值在远程控制开环运行时，作为调速装置的转速给定值，4mA对应0Hz，20mA对应50Hz，呈线性关系。变频器具备断信号保护功能，断信号后保持原状态。3.5.11变频器可以提供的模拟量变频器可以提供2路4～20mA的电流源输出（变频器供电），带负载能力均为250Ω。模拟量信号和物理量实际大小的对应关系可户在调速装置上设定，每路模拟输出对应的物理量为输出转速、电机电流。3.5.12高压开关柜与变频器的连锁有3路（1）高压紧急分断：变频器出现重故障时，自动分断高压开关。该接点接入高压开关的分闸回路，接点闭合时进行分闸操作。该接点为无源接点输出，定义为接点闭合时有效，触点容量DC220V/1.5A。（2）高压开关合闸允许：表示变频器自检通过，具备上高压条件。该接点串入用户高压开关的合闸回路，作为一个合闸条件。该接点为无源接点输出，定义为接点闭合时有效，触点容量DC220V/1.5A。（3）工频高压开关已分闸：接点闭合时表示高压在分闸位置，高压开关合闸后，该接点断开。该接点吸自用户高压开关的辅助触点。该接点要求为无源干接点，为常闭接点。由于DCS系统改动起来非常复杂，并且现场DCS并没有足够的I/O接口，因此，将一部分信号吸入DCS，一部分信号吸入操作台，用指示灯或光子牌显示。将变频器与现场连接信号整理后的节点清单如下：现场与变频器之间的信号总共有11个，其中开关量信号8个，模拟量信号有3个。21 华北电力大学硕士学位论文表3-1变频器与现场信号对应清单序号性质电气侧名称备注（原名称）位置启动变频器的允许信1DI变频器待机状态操作台，用指示灯显示号画面指示（新增）（保2DI变频器运行状态DCS（DPU柜）留原吸风机运行状态）3DI变频器轻故障报警状态指示光字牌4DI变频器重故障报警画面指示DCS（DPU柜）作为远方控制变频器5DI变频器控制在远方DCS（DPU柜）的允许信号，画面显示区分电机运行方式在6DI电机工频旁路状态DCS（DPU柜）工频/变频DCS系统提供干接点DCS，原高压开关合闸信7DO变频器启动命令（吸风机A启动指令）号（DPU柜）DCS提供干接点（吸风DCS，原高压开关分闸信8DO变频器停止命令机A停止命令）号（DPU柜）DCS，保留原挡板开度反新增，变频器提供9AI变频器转速反馈馈信号用于工频运行24VDC（DPU柜）接到DCS上（DPU柜），变频器提供24VDC（吸10AI变频器电流反馈操作盘仪表显示电流为风机A电流）高压开关电流DCS，保留原挡板开度调新增，DCS系统提供11AO变频器转速控制命令节信号用于工频运行24VDC（DPU柜）3.6控制逻辑条件说明变频器可在DCS上实现变频启动、变频正常停机、变频紧急停机、变频故障切工频、工频切变频等功能，下面主要就变频器启动、工频切变频、变频故障切工频及吸风机在工频改变频后与锅炉风烟系统相关风门、档板动作逻辑条件作说明。3.6.1变频器启动步序出口挡板全开，入口挡板、静叶全关，将变频器频率设定到给定值；DCS发22 华北电力大学硕士学位论文出“变频方式运行”指令，变频器在接收到DCS发送的“变频方式运行”指令后，自动合QS1、QS2(QS3处于断开位置)，在系统条件允许(柜门已关、控制电源正常、风扇开关正常和没有其它电气故障)情况下，延时300s向DCS发出“请合高压”信号；DCS在接收到“请合高压”信号后，由DCS手动合6kV高压开关QF，QF关合闸联开入口烟气档板；变频器在接收到6kV高压开关QF已合信号后，延时30s后变频器给DCS发一个“请求运行”信号；DCS在接受到“请求运行”信号后，发出变频器“运行”指令。变频器在接收到“运行”指令信号后变频器开始运行，同时给DCS发一个“变频运行”状态信号，此时变频器状态变红，运行频率从0Hz按照设定的时间升频至给定频率值；手动调节入口静叶至全开。同时手动变频调节直至投入变频调节自动。3.6.2工频切变频解除吸风静叶调节自动，在DCS手动调节静叶开度至最小(转移负荷)，设定变频器给定频率(48Hz以上)；在DCS手动发出“工频切变频”指令，变频器接收到“工频切变频”指令；变频器预处理，在QS3没有断开的情况下，变频器自动合QS1，变频器预运行状态；变频器预运行就绪，自动断开QS3，延时1．5s自动合QS2，变频器给出“请求运行”信号；DES根据“请求运行”，自动发出变频器“运行”指令，变频器自动检测电机运行相位和频率，在没有电流冲击的情况下，投入变频运行，直至DCS给定频率，同时向DCS发出“变频运行”信号；手动调节入口静叶直至全开，同时手动变频调节，投入变频调节自动。3.6.3变频故障切工频变频正常运行时QS1、QS2闭合，QS3断开，如果变频器出现重故障：变频器自动断开QS1、QS2，同时关吸风机入口静叶挡板；自动增加运行吸风机频率至48Hz，同时解除自动；由DES判断人口静叶与负荷对应关系，向变频器发送“挡板就位”信号；“变频故障联锁”投入时，变频器自动合QS3；运行手动调平吸风机负荷。3.6.4变频改造锅炉风烟系统相关风门、档板的逻辑DCS上原吸风机电机操作面板改为高压开关，在画面上不在用吸风机图例标示而是用开关的图例标示；原设计跳吸风机的热工动作条件现改为联跳高压开关；单台吸风机变频运行时，运行频率应接近工频；炉膛负压给定和输出偏差大时，若炉膛正压高，吸风机不允许减闭锁，若炉膛负压高，不允许增闭锁；变频器故障跳闸切工频时，吸风人口静叶应联关至相应负荷下的静叶开度，逻辑中设置自动跟踪功能；炉膛负压高动作时23 华北电力大学硕士学位论文联跳QF、QS1、QS2开关、联停变频器；6kV高压开关继电保护动作或热工保护动作，联跳QS1、QS2、QS3、联停变频器；吸风机最低调速转速为300r／min(对应频率：20HZ)，最高调速转速为750r／min(对应频率：50HZ)；吸风机变频运行人工操作面板，其操作的步长为：3转／步长；变频泵故障跳闸后，静叶与负荷对应关系。这一点在实际运用中很有效果，因为在切换过程中，吸风机静叶控制不好则会引起吸风机跳闸，尽而可能导致锅炉熄火发生。3.7高压变频调速系统的运行模式HARSVERT高压变频器具有正常停机、软启动、闭环运行、开环运行、急停等多种运行模式。在电机就绪、控制器就绪、远程和近程急停按钮释放、开机允许，同时还必须没有任何重故障等条件都得到满足的情况下，系统给出“高压合闸允许”。当收到“高压就绪”信号后，进入待机状态。变频器的开机不管以何种模式运行都必须在系统待机的情况下进行。开环运行：“远控/本控”选择本控时，远程“启动”按钮失效，待机状态下，变频器启动由工控机界面“启动”按钮实现。“远控/本控”选择远控时，如果有远程“启动”命令，待机状态下，变频器将从当前状态开始按照系统提供的加速时间进行启动，最后按照用户所设定的变频器运行频率运转。闭环运行：如果工控机界面在功能设定中选定闭环运行模式，则变频器启动后将按闭环模式运行。在闭环运行模式下，用户可以自动调节电机转速设定被控量（比如压力、温度等）的期望值，变频器将按照系统设定的PID参数，根据被控量的实际值，使被控量的实际值自动跟随期望值。软启动：“远控/本控”选择本控时，软启动过程与远控时相同，待机状态下，如果“功能”中的“启动方式”设为“软启动”，则按下主界面的“启动”按钮后，程序将发出“软启动”命令。如果远程“软启动”命令有效，“远控/本控”选择远控时，则变频器将按照系统提供的加速时间从当前状态开始进行启动。变频器直接升速到系统参数中提供的电网投切频率，不论用户设定的频率为多少，然后给出“工频投切”指令，将被软启动的电机由变频器拖动切至工频电网，控制用户的电气切换连锁电路。变频器提供的“工频投切”指令有效时间两秒钟后自动撤销“工频投切”指令，变频器转入待机状态。正常停机：如果变频器运行时，“远控/本控”位置发生变化，或者有“电机就绪”、“高压就绪”、“开机允许”、“控制器就绪”中途失效的条件之一，变频器都将自动停机。“远控/本控”选择本控时，工控机界面的“停机”按钮也具有同样的功能。“远控/本控”选择远控时，使用远程“停机”按钮可以使变频器按照系统设定的减速时间进行减速停机。24 华北电力大学硕士学位论文紧急停机：如果本控“急停”按钮锁定，系统将不再给出高压合闸允许信号。任何情况下，工控机界面的“急停”按钮、远程“急停”按钮、本控“急停”按钮都同时有效。远程“急停”按钮和工控机界面的“急停”按钮不具备紧急分断高压的功能。本控“急停”按钮除了立刻封锁功率单元脉冲外，还具备紧急分断高压的功能。系统发生重故障或者收到急停命令后，立刻封锁功率单元脉冲，机械及电机将自由停机。3.8高压变频调速系统的远程/本机控制方式3.8.1远程控制模式远程操作人员在得到“待机指示”后，可以用远程“停机”按钮停机，也可以用远程“启动”或“软启动”按钮开机。远控/本控开关拨到“远控”时，用户可以在工业现场或集中控制室的操作台对变频器进行控制，也可以在集中控制室或工业现场的远程监控计算机对变频器进行控制。“远控/本控”开关拨到“远控”时，要利用工业现场或集中控制室的远程监控计算机在变频器的功能设定中选择上位机控制允许对变频调速系统进行控制。外部的模拟给定在远程控制时不一定有效，必须在工控机的功能设定界面中选定模拟给定模式外部的模拟给定才有效。“远控/本控”开关拨到“远控”时，远程“停机”命令、远程“软启动”命令、远程“启动”命令控制生效，变频调速系统主界面相应的软件控制按钮淡化失效，不可操作。3.8.2本机控制模式本机控制时，由用户在工控机的功能设定界面的功能设定中选定，可以使用外部模拟给定，也可以使用界面的频率给定。“远控/本控”选择本控时，远程监控计算机的控制功能失效,远程操作台的远程“软启动”按钮、“启动”按钮、远程“停机”按钮也同时失效，由于高压变频调速主界面的软件控制按钮生效，所以用户可以直接利用变频器主界面对变频器进行操作。界面操作人员在得到待机指示后，可以用界面的“启动”按钮开机。不论“远控/本控”处于什么状态，远程“急停”按钮、工控机界面的“急停”按钮、本控“紧急停机”按钮都同时有效。变频器在本控方式下运行时，用户也可以用界面的“停机”或“急停”按钮停机，此时远程监控计算机的监视功能仍然有效。25 华北电力大学硕士学位论文3.9变频调速系统常见故障及处理3.9.1变频调速系统轻故障分类及报警轻故障包括：电机轻度过热、变压器轻度过热、单元柜风机故障、单元旁路运行、柜门连锁故障、工控机故障、UPS输入掉电。上述任何一个故障发生时，系统给出间歇的“音响报警”和间断的“故障指示”，此时如果用户发出“报警解除”指令，那么系统只保留间断的“故障指示”，“音响报警”信号将撤销。只有当故障存在时才报警，如果故障消失，那么报警也自动取消。在停机状态下，如果存在这类故障，用户也还能进行启动等操作。变频器系统运行时如果发生这类故障并不立即停机。对于轻故障的发生，系统不作记忆处理。3.9.2变频调速系统重故障分类及报警重故障包括：单元重故障、现场机械故障、变压器严重过热、电机严重过热、反馈掉线和闭环运行时给定。发生上述其中一个故障时，系统给出连续的“故障指示”、“紧急停机”、“音响报警”以及“高压急切”指令。用户可以用“报警解除”按钮清除报警的音响信号，但系统保持“高压急切”、“故障指示”以及“紧急停机”指令。如果故障消失了，那么“高压急切”“急停”、以及“故障指示”等指令都一直保持，故障原因可以被记录下来。以上几类重故障发生后，系统作记忆处理。故障一旦发生，系统报警并自动跳闸停机。如果系统故障没有彻底排除，或者没有用“系统复位”按钮将系统复位，那么将无法重新开机。高压电源将在重故障发生时自动分断，如果因为其他原因没有分断，用户可以用柜门的“急停”按钮将高压电源强行手动分断。26 华北电力大学硕士学位论文第4章变频改造后的运行性能及经济性能分析4.1吸风机变频改造的实施辽宁能港发电有限公司#1炉的#1、2吸风机变频改造工程于2010年3月16日与北京利德华福电气技术有限公司签定技术协议。8月8日变频器到货至现场，由电气分厂负责装卸、安装、电气部分电缆、各种试验等。由热工分场负责与DCS链接、调节、DCS组态、调试等。9月27日电气分场奉还#1、2吸风机电缆，在吸风机内高速电缆部分有两个接头，高压做电缆部分试验合格，试验工频方向正确。10月24日开始调试变频器，26日上午#1、2吸风机变频器静态试验，高压开关、刀闸联锁试验，下午做空载和保护试验，前夜进行负载试验，后夜四点与热工分场配合做自动试验良好。六点开始启动吸风机变频器运行。根据技术协议规定，于10月31日经过72小时运行无异常，进行正式交接。吸风机变频器安装在#1、2吸风机电机中间位置，安装一间8m×7m×4m简易专用房，为了加强变频器的冷却风量，给变频器加装风道，将变频器柜顶风机排出的热风直接排向室外，同时又为了保证变频器室内的风量，加装冷却器冷风进风通道，满足变频器冷却风量的需要。4.2变频改造后的性能分析4.2.1变频系统电源改造后对电动机运行产生的影响当低频运行时，风扇冷却效率下降对电动机温升的影响。当电动机处于低转速运行时，风扇冷却效率显著下降，但由于对应的电动机负载损耗与运行电流成平方关系下降，铁损与频率成正比关系下降，同时转速下降后的附加机械损耗同样下降。电动机的温升将只会比额定频率略有上升，由于吸风机电动机的绝缘等级为F级，耐热能力强，电动机应不随温度上升而损坏。4.2.2由于变频器输出电压上升速率过大对电动机绝缘产生的影响由于变频器输出电压实际上为宽度不等的脉冲电压且上升速率很大，可达1万伏/微秒，对电动机匝间绝缘影响很大，如果电动机频繁启停，将影响其寿命。由于吸风机电动机的绝缘为环氧树脂热固化的F级绝缘，匝间绝缘较好，另外吸风机电动机为非频繁启停的电动机，电动机绝缘上应不会有太大的问题。27 华北电力大学硕士学位论文4.3变频改造后的经济效益分析4.3.1改造后能够有效的减少电机启动时的电流冲击电动机不加装变频器而直接启动时，启动电流最大能达到额定电流的5-7倍，星形-三角形的接线方式启动电流为额定电流的4-5倍，即使是电机软启动的时候，启动电流也能达到额定电流的2.5倍。通过分析变频器的启动负荷曲线，不难发现启动时，基本没有冲击，电流是随着转速的增加而从零开始上升，完全不会超过额定电流。因此，吸风机加装变频后，彻底改变了电动机以往全压启动时对电机绝缘造成的冲击，减少了电动机鼠笼经常断条的问题；同时，由于采取变频运行，对轴瓦温度及温升降低了10℃，有效的提高了电机运行的可靠性，进而也减少了维护保养的费用。4.3.2改造后有效延长了电机的使用寿命锅炉吸风机加装变频调速装置后，风机的启动更加平滑，使用变频器后，电机的转速曲线与沿吸风机的加减速特性曲线一同平缓变化，轴承和设备的受力状况改善明显。根据经验，机械设备的使用寿命跟转速的倒数成正比例关系，如果能够减低吸风机转速，那就可以有效的提高吸风机使用寿命，从而有效降低吸风机的维护费。同时吸风机改用高压变频调速后，由于吸风机转速得到了降低，噪音也明显降低，远远低于环保标准。4.3.3设备工频运行的情况时功率计算在机组运行时，锅炉通过调整A、B侧吸风机的静叶来达到控制量的变化从而适应机组的负荷变化。而且A、B两侧吸风机运行性能指标均一致；所以可以把A、B吸风机的运行数据合并一起进行整理。并且采用挡板开度和流量百分比之间的变化趋势曲线关系对吸风机的变频功耗进行推算。通过取某个负荷时静叶挡板的平均开度百分比与电动机总功率数据的特性趋势进行计算，就能推测出100%开度情况下的总耗电功率值，也就是挡板开度100%时电动机的实际总功率。4.3.4设备变频运行情况下的功率计算3吸风机设备的流量Q与转速N，轴功率P以及压力H具有如下关系：,P∝N，2Q∝N，H∝N也就是转速与流量成正比，转速的平方与压力成正比，转速的立方33与轴功率成正比。根据公式：P／Pdn=(N／N0)=(Q／Q0)可以算出吸风机在变频调速运行时，各种负荷情况下对应的总功耗。从现场实际运行情况看，也达到了该节能效果，统计2009年以来吸风机实际耗电量进行对比：28 华北电力大学硕士学位论文表4-1改造前2008年10月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量247896KWh274414KWh522310KWh发电量11050.4万KWh耗电率0.4727%表4-2改造前2008年11月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量340786KWh317730KWh658516KWh发电量10578.6万KWh耗电率0.6224%表4-3改造前2008年12月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量338210KWh332554KWh670764KWh发电量10818.3万KWh耗电率0.6200%表4-4改造前2009年10月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量299553KWh282697KWh588225KWh发电量9157.1万KWh耗电率0.6358%表4-5改造前2009年11月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量337861KWh322664KWh660525KWh发电量11465.3万KWh耗电率0.5761%29 华北电力大学硕士学位论文表4-6改造前2009年12月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量597227KWh324617KWh921876KWh发电量12395.1万KWh耗电率0.7437%表4-72010年10月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量206071KWh192694KWh398765KWh发电量6289.6万KWh耗电率0.6340%表4-8改造后2010年11月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（低速）#2吸风机（低速）合计耗电量耗电量345380KWh307303KWh652683KWh发电量11748.0万KWh耗电率0.5555%表4-9改造后2011年1月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（工频）#2吸风机（变频）合计耗电量耗电量580735KWh341299KWh922034KWh发电量12103.3万KWh耗电率0.4798%0.2819%0.7618%2011年1月#1机发电量为12103.3万KWh，而#1吸风机高速工频运行比#2吸风机变频器运行多耗电量239436KWh。表4-10改造后2011年2月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（工频）#2吸风机（变频）合计耗电量耗电量568302KWh325713KWh894015KWh发电量10436.0万KWh耗电率0.5445%0.3121%0.8566%30 华北电力大学硕士学位论文2011年2月份#1机发电量为10436.0万KWh，#1吸风机高速工频运行比#2吸风机变频运行多耗电量242589KWh。表4-11改造后2011年3月份吸风机实际耗电量名称#1吸风机（工频）#2吸风机（变频）合计耗电量耗电量378661KWh290710KWh669971KWh发电量9771.1万KWh耗电率0.3875%0.2975%0.6856%通过一段时间对吸风机实际耗电量的统计：吸风机耗电率=吸风机耗电量÷发电量。安装变频器前三年的平均耗电率为0.6149%，安装变频器后吸风机实际耗电率为0.5555%，发电机每年发电量按11亿千瓦时计算，每年可节约电量（0.6149%-0.5555%）×11亿千瓦时=653.4万千瓦时，1KWh按0.35元计算，每年可节约人民币228.69万元，整套变频改造费用为220万元，变频器运行后，当年即可收回成本。同时，改造后电机实现平滑启动及转机转速下降，机械磨损减小，故障率降低，减少设备故障率对生产的影响；吸风机静叶操作的减少，机械磨损、卡死等故障大大降低，减少了设备检修维护费用。辽宁能港发电有限公司机组的吸风机变频改造后，取得了明显的节电效果，而且减少了对电机、风机、高压开关等设备的启动冲击，延长了设备使用寿命，实现了电机的软启动，降低了维护费用。同时，高压变频器高精度、宽范围的无级调速功能，有效解决了吸风机“大马拉小车”的窝出力现象，满足了机组启停节能和调峰节能需要，并且积累了丰富的经验，取得了不错的社会效益和比较好的经济效益，今后有望实现同类装置的改造，成为企业节能降耗的一个新的亮点。安装变频器后效益非常显著，每年可节约人民币100万元左右。通过变频器在两台吸风机上的成功运用，可以看出：1、吸风机采用变频器后，节能效果明显。2、国产高压变频器设备比较成熟可靠。3、要想保证改造后系统的连续可靠运行，变频器必须运行在清洁、通风良好的室内。31 华北电力大学硕士学位论文第5章结论辽宁能港发电有限公司装有两台200MW燃煤汽轮发电机组，已经运行23年，机组综合性能下降，设计煤种为4400大卡的长焰煤，随着煤炭价格一路走高，导致企业发电成本持续增加。为了降低发电成本，公司全面开展了节水、节电、节煤的活动。大容量的辅机是厂用电的消耗大户，所以通过给高压电机加装变频器是节电的最有效的措施。本文通过对变频调速原理分析，对设备要求设计，对高压变频方案设计及选型，对接入系统的电路设计和逻辑设计，成功实现了高压变频器在辽宁能港发电有限公司锅炉吸风机上的改造，减少了厂用电损耗，降低的发电成本，达到了很好的效果。本人参与了辽宁能港发电有限公司锅炉吸风机的变频改造工程，从开始原理研究，方案设计，一直到安装调试都参与了工作，在整个过程中主要做了如下研究工作：（1）经过长期研究辽宁能港发电有限公司锅炉吸风机的运行方式，深入现场一线收集了大量的电机运行数据，经过详细的分析，提出了原运行方式存在的缺点和不足。（2）深入研究高压电机的调速原理，论证了应用高压变频器进行调速的可行性和优越性。通过广泛的调研市场高压变频器的种类和型号及原理，结合能港公司锅炉吸风机的运行要求，比较了多种高压变频调速的优缺点，经过对吸风机容量要求和条件要求进行了详细的论证，提出了选择利德华福高压变频器进行吸风机变频改造的方案。（3）针对能港公司锅炉吸风机原来的连接方式及工作条件和需要，编制了加装高压变频器的主回路系统图，编制了开关的控制逻辑说明，编制了炉膛控制系统的方案。（4）通过整体方案的设计和研究，经过详细的论证，提出了完整的一套在锅炉吸风机上加装高压变频的方案，并且将整体方案成功应用于辽宁能港发电有限公司的锅炉吸风机改造中，经过大量的数据收集整理和比对，反映出吸风机的变频改造达到了很好的节电效果，验证了整个设计的正确性。32