合康高壓變頻器在引風機改造上的應(yīng)用

　　摘要：本文介紹山西兆豐鋁業(yè)公司自備電廠設(shè)計3臺135MW循環(huán)硫化床機組，于2006年6月相繼投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)以來，由于風機出力不滿，風機等效使用效率不高，廠用電率舉高不下，原風機采用液力耦合器調(diào)速方式，該調(diào)節(jié)方式在滿負荷時相能對經(jīng)濟運行，但在低轉(zhuǎn)速情況下，能量損失嚴重，因此電廠必須對有節(jié)能空間的輔機進行變頻器調(diào)節(jié)改造，自備電廠首先選擇引風機進行了技術(shù)改進。

　　1、引風機改造前現(xiàn)狀

　　自備電廠為3×135WM循環(huán)硫化床發(fā)電機組。三臺機組六臺引風機全部采用液力耦合器調(diào)節(jié)方式，液力耦合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進行加速，被加速的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負載，這樣，可以通過控制工作腔內(nèi)的油壓來控制輸出軸的力矩，達到控制負載的轉(zhuǎn)速的目的。液力耦合器調(diào)速范圍在20%～95％之間，其效率基本上與轉(zhuǎn)速成正比，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，效率基本上成正比下降。100%轉(zhuǎn)速時效率95%，75%轉(zhuǎn)速時效率約72%，20%轉(zhuǎn)速時效率約19%，液力耦合器用于風機，其軸的輸出功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力耦合器效率與轉(zhuǎn)速成正比下降，但電動機綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此低轉(zhuǎn)速時，風機的綜合效率很低，電機耗能相對較大。引風機電機設(shè)計參數(shù)如下：

　　2、改造實施方案

　　1、變頻器選型配置方案

　　按照引風機電機容量，選用北京合康億盛變頻科技股份有限公司生產(chǎn)的變頻器HIVERT-Y06/220，額定輸出電流為220A。保留現(xiàn)有的引風機電動機和高壓開關(guān)，考慮6kV配電室位置情況，我們將除塵器配電室空余空間位置隔離設(shè)置為變頻器間，變頻器電纜用原引風機動力電纜，變頻器至風機電纜重新布置。變頻器控制電源采用380V控制，電源一路取源于變頻器變壓器變壓交流380V，另一路取于機組380V系統(tǒng)，兩路電源可以自動切換無需人工調(diào)整。變頻器間電纜溝道在原電纜溝的基礎(chǔ)上進行完善，保證滿足施工要求。

　　2、引風機改造：由于原引風機使用液力耦合器進行調(diào)節(jié)，變頻改造后，電機由變頻器拖動進行變頻運行，必須將液力耦合器拆除。但是拆除液力耦合器后電機和風機間連接軸的空間距離太長，扭距大容易造成變形，造成系統(tǒng)停機，因此在原液力耦合器位置專門進行設(shè)計制作了連接軸，并考慮在軸中位置設(shè)計支撐聯(lián)軸器，軸的設(shè)計考慮了在0～50Hz范圍內(nèi)沒有共振點。

　　3、控制回路改造

　　變頻器的控制與原來的DCS連接起來，控制電纜由變頻器至DCS系統(tǒng)控制柜敷設(shè)，相關(guān)的控制信號引入到DCS控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠控和就地控制，變頻器的加減頻率在DCS系統(tǒng)操作員站進行，調(diào)節(jié)頻率范圍為0～50Hz，變頻的狀態(tài)及控制信號在DCS系統(tǒng)進行顯示，滿足遠方操作控制的要求。

　　4、變頻器的主要功能設(shè)置

　　1）變頻器改造時原電機及保護回路不加任何改動可直接應(yīng)用。

　　2）變頻器內(nèi)部通訊采用光纖連接，可以有效提高控制信號通訊速度和抗干擾能力，變頻器內(nèi)部強弱電信號分開布置，通過光電隔離、鐵殼屏蔽技術(shù)消除了控制的諧波影響

　　3）變頻器冷卻風扇一用一備冗余設(shè)計，單臺冷卻風機故障不影響系統(tǒng)正常運行，并可實現(xiàn)在線檢修。

　　4）6kV主電源故障時，變頻器供電可保持3秒鐘，一旦主電源重新受電，裝置系統(tǒng)能自動恢復(fù)正常工作而無需運行人員的任何干預(yù)，以滿足主電源母線系統(tǒng)快切需求。

　　5）變頻器設(shè)計有電動機所需的過載、過流、過壓、欠壓、過熱、缺相保護以及進線變壓器的保護和變頻器過載，變頻器過熱等全部保護功能。

　　6）變頻器動力電源和控制電源分開供電，動力電源為變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部供電，控制電源獨立于動力電源系統(tǒng)，變頻器自備UPS，可維持30min，控制電源故障時，變頻器不能立即停機。

　　7）變頻器在0～50Hz范圍內(nèi)進行調(diào)整，調(diào)節(jié)范圍廣，輸出電壓穩(wěn)定。

　　3、改造中重點考慮的幾個問題

　　1、變頻器做單獨接地網(wǎng)，接地網(wǎng)與電氣地網(wǎng)隔離，保證變頻器投運后對其他設(shè)備不產(chǎn)生干擾。

　　2、引風機原由電機非專用變頻電機，改造后電機冷卻風量不足，電機溫升不能超標。

　　3、考慮電機全壓啟動對廠用6KV母線的影響及對電機和風機的影響。

　　4、現(xiàn)有的風機電機連接所用的液力偶合器拆除后，連接軸必須進行認真計算設(shè)計，要充分考慮在整個調(diào)頻范圍內(nèi)風機的共振問題。

　　5、變頻器及變頻控制室的散熱通風設(shè)計。

　　4、改造后經(jīng)濟效益分析

　　1、節(jié)能分析

　　機組在100%、80%兩種負荷運行方式下電機狀況統(tǒng)計

　　Pg=1.732×6.3×I×cosφ

　　1）機組在100%負荷運行方式下引風機電機變頻改造前后能耗比較

　　不使用變頻器調(diào)節(jié)模式：Pg=1391kw

　　使用變頻器調(diào)節(jié)模式：

　　風機效率：μf=0.63

　　傳動效率：μt=0.97

　　電機效率：μd=0.95

　　變頻器效率：μb=0.965

　　風機出口流量：Q=115m3/s

　　風機出口壓力：H=-5.4kPa

　　Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/（μf×μt×μd×μb）=115×5.4/（0.63×0.97×0.95×0.965）=1108kW

　　節(jié)能效果：μ=(Pg-Pb)/Pg=（1392-1108）/1392=20%

　　2）機組在80%負荷運行方式下引風機電機變頻改造前后能耗比較

　　不使用變頻器調(diào)節(jié)模式：Pg=1298kw

　　使用變頻器調(diào)節(jié)模式：

　　風機效率：μf=0.63

　　傳動效率：μt=0.97

　　電機效率：μd=0.95

　　變頻器效率：μb=0.965

　　風機出口流量：Q=115m3/s

　　風機出口壓力：H=-4.3kPa

　　Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/（μf×μt×μd×μb）=115×4.3/（0.63×0.97×0.95×0.965）=883kW

　　節(jié)能效果：μ=(Pg-Pb)/Pg=（1298-883）/1298=30%

　　3）單臺引風機節(jié)能計算

　　機組80%負荷運行，單臺引風機年使用300天，共計7200小時，935萬KW/h。

　　經(jīng)濟效益計算：按照每度電0.3元計算，單臺引風機每年節(jié)約88萬元。

　　5、結(jié)論

　　變頻器改造，不僅提高設(shè)備的安全可靠性，提高了工藝流程的自動化水平，減少事故率，更為企業(yè)節(jié)約降耗提高經(jīng)濟效益作出貢獻，在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，減少環(huán)境污染政策的指引下，推廣和使用變頻器必將是降低能源消耗的有力措施。