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　　近两年中国出现大面积的缺电，由于建设周期问题，不可能在短时间内解决。采用各种节能降耗措施，降低现役机组的厂用电率，提高现役机组的出力，可以部分缓解用电紧张的“电荒”局面，进而有效缓解火电厂燃料运力紧张的局面。而节能降耗是国家的基本国策。中国华能集团公司通过优化结构、调整布局、保护环境、技术革新、加强管理等一系列措施，实现节能、节水和减少污染排放的目标，通过实施节能专项工程，1998年率先在电力生产过程引进高压变频调速技术。

　　在火力发电厂使用着大量6kV高压等级的电动机，是发电厂重要的动力设备。高压变频调速技术有着广阔的空间和用武之地。采用高压变频调速技术来降低厂用电量，成为电厂节能技术措施之一。

　　为了更好地推广节能、环保变频调速技术，满足电力生产企业内挖潜力、节能降耗、提高效益的目的，以创新精神来作些探讨分析，把已经实施的高压变频节能专项工程，进行一次全方位的总结，进而形成比较完整完善的经验教训、方案和标准。

1  变频节能的原理简介

　　根据风机、水泵的流量与功率的关系：

　　Q∝KXn（流量正比于速度）；

　　H∝KX2n（压力正比于速度平方）；

　　P∝KX3n（功率正比于速度立方）。

　　以上式中，Q为流量；H为水压；P为电机功率；K为比例系数。

　　由此可知，只要调节泵的速度就可得到用户期望的流量，并可以节约电能。

　　根据异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为：n1=60f1/np，其中n1为同步转速；f1为定子频率；np为磁极对数。而异步电机的轴转速为n=n1(1-s)=60f1(1-s)/np，其中s为异步电机的转差率，s=(n1-n)/n1。由上可知，改变电机的供电频率，可以实现电机的调速运行。

2  变频器的基本原理

　　目前，变频器基本上采用交-直-交电流型或电压型变频器，构成如图1所示。

3  高压电机变频调速方案介绍

经过在华能火电厂的实践，依据电机功率，高压电机变频调速有三种基本方案，如图2所示。

表1  三种高压变频调速方案在华能电厂应用情况

4  经济效益情况

　　从过去所作高压变频调速工程看，系统都能可靠稳定运行，在经济和社会效益上取得不错成绩，都具有以下特性：
　　(1)  能方便协调生产，改善生产调节方式，提高了自动化水平。改善启动特性，实现软启动，启动电流小且平稳，减少对电网和设备的冲击，减小机械振动和磨损，提高设备运行的稳定性，减少设备运行的故障率，提高设备运行可靠性，延长使用寿命，降低设备运行维护费用。调节及自动投入能力增强，大大地减轻检修人员的劳动强度，减少维护时间和工作量，节省运行维护费用，提高了经济效益。

　　(2)  变频器功率因数大、电机以不同转速运行，一般长期运行在40Hz，降低输出功率，其运行电流变小，节约能源、节能率达20%～30%。并且噪音降低，改善环境。

　　(3)  优异的调节性能，调节平稳、调节范围宽、调节线性度可达0.99、控制精度高。机组可以深度负荷调峰―投运在不同转速、满足流量连续变化的要求。

　　(4)  可以非常平滑、稳定地调节，大大地改善自动控制系统的工作状况，使系统自动调节性能大大提高，改善了调节品质。

　　(5)  投入变频运行后，工艺参数都能很好满足生产工艺的要求，风机、泵可以随机组负荷的变化而调节输出功率，达到了节能的目的。风机、泵单耗明显降低（一般降低20%～60%）。

　　(6)  由于变频器对电动机的软启动和保护等功能，降低了设备损坏，延长了使用寿命，减少了设备维护量。消除了因阀门开度调节引致的节流损失，提高了系统效率；节省了因冲蚀需经常更换阀门的费用。

　　虽然有以上共性，由于设备、维护、操作、运行的水平不同，设备投入运行小时数差别巨大，投资回收期也千差万别。如都在吸风机上应用，有的电厂应用时，一旦有故障马上退出运行，立即切入工频运行模式，确保机组安全稳定发电运行（因为每非计划停机一次，电厂就损失很多，远远高于节电带来的效益），从而不考虑节能节电问题。但有的电厂，却根据故障的情况，一般在机组负荷低谷的时候进行故障处理，更换高压变频器的模件单元等工作。某电厂125MW机组的吸风机使用的国产高压变频器，通过这样处理，国产高压变频器运行小时数跟机组运行小时数一样，经济效益十分明显。但在某电厂300MW机组的吸风机使用的进口高压变频器，没有通过这样处理，进口高压变频器经常处于备用状态，其运行小时数远远低于机组运行小时数，经济效益十分不好。经过调查分析，这两者的差别，主要是对变频器的认识、使用情况不十分了解。

5  高压变频调速装置供货商情况

　　(1)  罗宾康（ROBICON）公司，至2004年底在电力行业电厂辅机共用151台；

　　(2)  西门子公司，至2004年底在电力行业电厂辅机共用97台；

　　(3)  罗克韦尔（AB）公司，至2004年底在电力行业电厂辅机共用59台；

　　(4)  东芝公司，至2005年底在电力行业电厂辅机共用19台；

　　(5)  利德华福，至2004年底在电力行业电厂辅机共用149台；

　　(6)  东方凯奇；

　　(7)  成都佳灵。

6  应用过程存在的问题

　　依托节能专项工程，并以科技创新精神，深入研究电力生产工艺情况，集成融合计算机控制技术、自动控制技术、通讯技术等多种技术进行二次开发，探索实践实施高压变频调速技术改造工作，取得了许多骄人的业绩。如在系统设计、方案实施、运行经验等方面积累了经验、培养了人才。但是许多项目的实施过程中，也出现了许许多多问题。其原因如下：

　　?  高压变频调速节能工程是一个系统工程，系统融合了电力电子、电磁干扰防护、自动控制、计算机、通讯等多种技术。高压变频装置是一个控制十分复杂的系统，需要方方面面的知识。而不仅仅只是买一台变频器接好线就可以了，在实施过程中也出现以下问题：如在某电厂凝结水泵高压变频器的应用中。此问题的核心是采用变频调节后，凝泵的调节特性问题，以及与热控DCS的配合问题。

　　某电厂#1机凝结水泵变频调速系统在长期运行中出现凝结水泵转速在1220转左右时无法投自动的现象。此问题发生后，电厂请变频器厂家技术员去处理，也没有找到原因，变频器本身没有问题，而DCS控制系统也没有问题。最后通过工程技术专家分析，发现找到了问题的所在是设置变频器的最低转速与DCS输出对应的转速范围有较大差别，后经过慎重考虑，现已经修改了变频器的设置参数，满足了生产实际需要。

　　问题的原因是DCS的输出4～20mA对应的转速范围在0～1480r/m（电机额定转速），而变频器为了保护电机不在低转速下长期运行，并维持凝结水系统有一定的流量和压力,变频器设置了890r/m(30Hz)的最低转速限制，即变频器实际在4~20mA控制信号下的转速范围在890～1480r/m之间，这两者有一定差值。问题分析：经过手动设置输出在64.1%，75%，发现变频器的转速在1224 r/m，1300 r/m，如果由DCS输出64%，75%，按64%*1480=950，75%*1480=1100，这两者的差值达到274，190，而在DCS系统设置了输出减反馈偏差达20%以上时切除自动，274/1224*100%=22%，190/1300*100%=14.6%，所以在1220转时无法投自动。

　　经过讨论分析，采用以下办法来处理

　　(1)  设置变频器的跳变频率，使变频器的转速从0直接快速运行在890 r/m以上。

　　(2)  设置变频器的跳变频率，使变频器的模拟量输入在4～16mA（0～50%）以下时，均运行在890转（变频器设置的最低频率）。

　　变频器设置修改的参数如下：频率设置（frequency set）中的跳变频率（SKIP FREQ）可有三个跳变频率（SKIP FREQ1、2、3）设定，先设定SKIP FREQ1为14Hz，SKIP FREQ 2为2Hz，SKIP FREQ 3为1Hz。频率设置（frequency set）中的跳变频带宽度（SKIP FREQ BANG）为15Hz，从而SKIP FREQ1为14Hz加上跳变频带宽度（SKIP FREQ BANG）为15Hz等于29Hz，即变频器不会运行在29Hz以下。这个合值与变频器的最低频率设置值（30Hz）十分近，可满足变频器在30～50Hz范围内线性运行。

　　?  电厂运行情况千差万别，方案设计千差万别，设计人员的工程经验不同。设计人员对变频装置输出的波形含有大量频谱很宽的谐波的工程处理，变频装置对电源装置谐波干扰，对同一电源系统的其它运行设备的影响。

7  高压变频调速节能项目实施建议

　　(1)  在发电厂使用着大量高中压等级的电动机，是发电厂重要的动力设备。高、中压电机变频调速改造是电厂节能降耗的有效途径之一。交流电机变频调速是电气传动系统的一次革命，将极大地改变工业生产的面貌。应大力推广变频调速技术加快企业现代化的发展。节能、降耗、环保、提高效益符合国家的产业政策，也是实现经济增长方式转变的有效途径之一。

　　(2)  经过节能专项工程实践，积累了大量经验，对高压功率变频装置应用中产生的很多如谐波、电机发热、功率因数在低转速时不理想、维修麻烦等问题，找到较好的解决办法。从笔者这几年的运行实践看，变频调速系统的可靠性完全能满足发电企业的要求，其节能降耗的良好优点将发挥巨大效用。

　　(3)  根据实际需要，以投资回收期长短和技术经济比较，选择变频调速方案。800kW电机以下系统，从性能价格比上考虑应选用高－低方式，选用机电一体化模式，特别在基建项目，机电一体化系统价格和成本更低，运行费用也十分低。

　　(4)  根据实际需要选择合理的一次线结构方案，为了稳定运行考虑，建议选用工频旁路系统。

　　(5)  在电力企业进行变频改造时，必须坚持“安全第一，节能降耗，投资回收期短，系统改动最小，空间适宜”等五项原则。安全为前提，节能为目的，投资回收期是检验标准。

　　(6)  发电企业适合变频改造的系统设备较多，如吸、送风机、一次风机、给水泵、循环水泵、凝结水泵等。高压变频调速技术有着广阔的应用空间和发展前景。

　　(7)  变频调速是电气传动系统工程，而变频器仅仅是其中的一部分。变频器容量的选择、电气保护和控制回路的设计关系到系统应用的可靠、安全、经济性。

　　(8)  选好节能工作实施的途径十分关键，发电厂安全性、可靠性尤为重要，对采用新技术、新工艺持慎重态度，经常会在推广中遇到阻力，由于新上一套设备要求电厂运行人员改变原来的运行操作习惯，需要经过培训和实际配合练习以及人员素质的提高。

　　(9)  由于系统工程的技术创新是各种技术融合、共生，相互渗透作用的结果，从而需要专业技术人员来实施，以弥补电厂技术人员的技术储备不足。实施节能工程项目，既可以培养专业技术人员，进而迅速地推广到下一个电厂。如经过变频节能工程实践，专业技术人员积累了大量经验，对高压功率变频装置应用中产生的很多如谐波、电机发热、功率因数在低转速时不理想、维修麻烦等问题，能够找到较好的解决办法。