摘要：本文分析了高压变频器在电厂锅炉风机中的应用。实践证明，高压变频器对降低锅炉风机的用电率、减少起动电流、提高功率因数、改进工艺水平、提高自动化水平有很好的应用前景。
关键词： 变频调速 高压变频技术 锅炉风机 热电厂
一、用户概述
位于石家庄市东北部工业区的河北华电石家庄热电有限公司是河北省境内大型热电联产企业。河北华电石家庄热电有限公司是国家“一五”计划期间156项重点建设项目之一，1954年8月15日建厂，1956年4月10日第一台机组投产发电，历经8期扩建和技术改造，目前装机总容量为63.4万千瓦，额定供热出力1205吨/小时，最大供热负荷达1685吨/小时，运行着目前国内最大的循环流化床锅炉群。河北华电石家庄热电有限公司承担着石家庄市80%的工业热负荷，占全市集中供热面积的50%。是目前国内供热量最大的热电厂。作为国家重点建设项目，河北华电石家庄热电有限公司1997年立项进行技术改造。工程总投资21.67亿元，2001年7月12日正式开工兴建，引进德国阿尔斯通公司两台20万千瓦双抽供热机组，配套东方锅炉厂生产的四台410吨/小时循环流化床锅炉。
石家庄电厂采用的是以热定电模式运行，该厂的负荷日变化、月变化、季变化都很频繁，目前石家庄热电厂锅炉的引风机、一次风机均采用风门挡板调节方式，风门调节频繁，设备磨损严重，维护率高，且风门挡板调节方式造成较大节流损失，能耗严重，造成极大的浪费。针对此种情况，经过多次考察、反复研究讨论，采用我公司生产的高压变频器对石家庄热电的四台410吨/小时循环流化床锅炉进行了一次风机和引风机的高压变频改造。
一、设备参数
一次风机电机参数
设备名称 电机型号 额定电压 额定电流 额定功率 额定功率因数 台数
一次风机 YKK560-4 6kV 1400kW 0.8 8
引风机 YKK630-6-W/1000 6kV 1000kW 0.8 8
根据现场设备和生产情况，引风机选用我公司生产的SH-HVF－Y6K/1000高压变频器，一次风机选用SH-HVF－Y6K/1400型高压变频器。
二、SH-HVF 高压变频器的技术方案
（一）、技术原理
变频装置采用直接高高变换的方式，多电平串联倍压的技术方案，优化的PWM控制算法，实现优质的可变频变压（VVVF）的正弦电压和正弦电流的输出。，整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列有18个功率单元，每6（5+1）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，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。
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。在损坏3个单元后仍然可以满负载输出，产品最多可允许6个单元模块的旁路。
（二）、技术方案
为了充分保证系统的可靠性，变频器配置方案均采用一拖一方式，其原理图如下：
一拖一变频控制图
高压电源经用户开关柜高压开关QF到刀闸柜，经输入刀闸QS1到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机；高压电源还可经旁路刀闸QS3直接起动电动机。进出线刀闸QS2和旁路刀闸QS3的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸QS2，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS3，在工频电源下起动电机运行。QF保留用户原断路器，QS1、QS2、QS3安装在一个刀闸柜中与变频装置配套供货。QS2与QS3之间通过机械闭锁，防止误操作。
（三）、产品特点
1、功率单元机械式旁路
为了保证变频器和现场设备的正常运行，SH-HVF系列高压变频器为用户提供了功率单元机械旁路功能，当单元故障时，可自动将输出清除并同时触发旁路单元将其旁路，使其不影响整个系统的正常工作，使整个系统由原来的串联可靠性结构变成为并联可靠性结构。典型旁路示意图如下：
典型的功率单元机械旁路示意图
传统的功率单元电子式旁路设计采用晶体管方式，其设计与功率单元采用一体化设计，其电子旁路能否动作取决于功率单元的故障状态；而我公司功率单元机械式旁路采用机械式接触器方式，并且专门为其设计了一套功率单元旁路控制系统，一旦功率单元故障，不管故障多么严重，旁路系统均能正确安全的旁路。
2、变频器带故障运行方式
当有功率单元故障时，变频器可通过线电压自动均衡技术，输出最大的功率而不至于跳机影响生产，用户可以根据设备的报警自行确定停机维修时间。
3、风机选用进口设备
我公司高压变频器冷却风机采用原装进口EBM风机，其平均无故障连续运行时间大于100000小时。
4、频率分辨率
频率分辨率为0.01Hz，每周波频率误差小于1微秒。
5、谐波指标
输出电流谐波失真<2%；变频调速系统产生的谐波满足并高于中国“GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波”及“IEEE519”国际标准的规定。变频装置考虑将对电网谐波影响减至最小的措施包括：a、移相变压器；b、单元串联技术；c、优化的PWM算法；d、多脉冲整流技术
6、线电压自动均衡技术
变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。
7、控制电源双电源自动切换＋双UPS技术
变频器的控制电源采样“双电源自动切换＋双UPS”方案，以最大限度的保证控制电源的可靠性。
“双电源自动切换”：一路电源由用户提供，另外一路电源来自变频器主回路隔离移相变压器二次侧独立绕组，两路电源由双电源自动切换装置自动切换后提供给控制柜使用
“双UPS”：控制柜配置两台UPS，一台1kVA的后备式UPS，一台1kVA的在线式UPS，当双电源同时掉电时双UPS保证提供30分钟的后备电源。
采用双电源自动切换＋双UPS”方案后，可以保证只要主回路高压有电，变频器均能正常运行，在用户6kV母线自动切换过程中，高压短时掉电后，仍能保证变频器不跳机。
8、宽电压输入范围：输入电压在85％～115％，频率在45Hz～55Hz 波动范围内设备均能正常工作。电网电压下降35%仍可降额继续运行，电网电压低于35%时，变频装置将在一定的时间内保护动作。模块单元旁路后系统输出额度功率的76%。
三、应用高压变频调速系统产生的效果
1、节能效果明显
设备名称 额定功率 工频运行功率 变频运行功率 年节约电量 年节约电费 节电率
引风机 1000KW 834 KW 500.4KW 1921536KW 48万元 40%
一次风机 1400KW 1275KW 790.5KW 2790720KW 69.77万元 38%
年运行时间按8个月计算，电费为：0.25元/kwh
根据石家庄电厂的实际运行数据表明在风机改造高压变频后节能效果显著，2年不到就收回了投资。
2、变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑，延长电机和风机的使用寿命。
3、改善了工艺。投入变频器后风机可以非常平滑稳定的调整风量，运行人员可以自如的调控，风机运行参数得到了改善，提高了效率，取得节能效果。大
4、减少阀门机械和风机叶轮的磨损。安装变频调速后，风机经常工作在比原来定速时低，大大减少了风机叶轮的磨损，减少了风机振动。延长风机的大修周期，节省检修费用和时间。
5、功率因数由原来的0.8左右提高到0.95以上，不仅省去了功率因数补偿装置，而且减少了线路损耗。
四、结束语
在河北华电石家庄热电一次风机和引风机采用SH-HVF-Y6K型高压变频器，不但操作方便、容易、维护量小，而且有明显的节能效果。通过SH-HVF高压变频器在河北华电石家庄热电的应用，增强了运行的安全可靠性，改善了系统工艺，又达到较好的节能效果，再次验证了高压变频器在风机节能改造方面是值得推广的。
