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　　高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是上世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電動機(jī)的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式（如降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串級調(diào)速和液力耦合調(diào)速）。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、高精確的調(diào)速精度、寬范圍的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護(hù)功能，以及易于實現(xiàn)的自動通信功能，得到了廣大用戶的認(rèn)可和市場的確認(rèn)，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護(hù)等方面，也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務(wù)，使之成為企業(yè)采用電機(jī)節(jié)能方式的首選。

　　山東德州滬平永發(fā)造紙集團(tuán)有限公司始建于1987年,其前身系平原縣板紙廠,1992年與香港永發(fā)印務(wù)有限公司合資組建德州滬平永發(fā)造紙有限公司，是平原縣首家合資企業(yè)。公司位于三國古城平原縣城西10km,西鄰105國道3km,位置優(yōu)越,交通便利。公司占地面積148萬m2，員工1880人，資產(chǎn)總額7.3億元，其中固定資產(chǎn)5.5億元。建有8條高強(qiáng)瓦楞原紙生產(chǎn)線（另有在建3條），采用亞銨法半化學(xué)漿制漿工藝，以麥草和進(jìn)口廢紙為原料，現(xiàn)年設(shè)計生產(chǎn)能力20萬噸（在建工程投產(chǎn)后年設(shè)計生產(chǎn)能力將達(dá)30萬噸），配套建設(shè)18MW熱電廠和35KV變電站，同時配建4萬m3/d懸掛鏈?zhǔn)缴顚悠貧鈴U水生化處理工程和300t/d臥管式黑液噴膜蒸發(fā)站（六體五效）工程，以制漿黑液為原料生產(chǎn)黏合劑和干粉，年產(chǎn)量約10萬噸。公司年銷售收入近10億元，年利稅超億元，是山東省內(nèi)集制漿、造紙、發(fā)電、治污、廢液綜合開發(fā)利用于一體的規(guī)模較大的重點造紙企業(yè)。

    2.變頻節(jié)能改造項目

　　該自備發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵配置的電動機(jī)基本上都是250kW至400KW的高壓電動機(jī)，因此變頻變流量節(jié)能應(yīng)用都需要高壓變頻器。但生產(chǎn)流程中處在不同位置的風(fēng)機(jī)或水泵，和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)跟蹤的目標(biāo)是不同的，節(jié)能的效果也是不同的。

火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程示意圖

　　如圖中的循環(huán)水泵8。因冷卻水受發(fā)電負(fù)荷、氣候的影響，冷卻水溫會發(fā)生變化，從而影響冷凝器4的冷凝壓力并波及汽輪機(jī)3的出力和效率，即影響發(fā)電機(jī)18的出力和效率，因此循環(huán)水泵8和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)跟蹤的是冷凝器4的冷凝壓力，以克服發(fā)電負(fù)荷、氣候變化對發(fā)電效率的影響，保持發(fā)電機(jī)組在變工況的高效運行，同時由于控制系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)電出力和氣候變化自動調(diào)節(jié)冷卻水量，冷卻泵8也以最小的能耗，實現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的高效運行，自身也得到了最大的節(jié)能效果。

　　又如，圖中的引風(fēng)機(jī)17，分析它和變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)跟蹤的應(yīng)是鍋爐爐膛21的負(fù)壓恒定，以保證在發(fā)電變負(fù)荷、大氣壓力隨氣候變化時變鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)變工況時的高效運行。

　　再如，圖中的送風(fēng)機(jī)15，分析它和變頻器、蒸汽用量傳感器、煤量傳感器構(gòu)成的復(fù)合控制系統(tǒng)跟蹤的應(yīng)是鍋爐燃燒的風(fēng)煤比，以保證在發(fā)電變負(fù)荷、大氣壓力隨氣候變化時鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)的高效運行。

　　分析引風(fēng)機(jī)17和送風(fēng)機(jī)15的變頻變流量控制系統(tǒng)都基本上是定壓變流量系統(tǒng)，這是風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能工程中最常用的模式。雖然從理論上可以證明定壓變流量節(jié)能模式是不節(jié)能的，但如果它服從整個發(fā)電系統(tǒng)高效運行的整體目標(biāo)，以最小的代價實現(xiàn)整個發(fā)電系統(tǒng)的高效運行，發(fā)電系統(tǒng)總體上仍是節(jié)能的，它為系統(tǒng)的整體節(jié)能目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)，也就發(fā)揮了變頻器的極致作用，取得了優(yōu)良的節(jié)能效果。同時由于風(fēng)機(jī)、水泵配置容量比實際的需求容量普遍偏大（至少大30%），變頻器的使用也有掩蓋這個缺點取得“遮丑”的節(jié)能效果。

    3.自備發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵改造過程簡述

　　近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，涌現(xiàn)出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠數(shù)十家。但是，各廠家的主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都相差無幾。通過各種途徑的考察與比較，山東德州滬平永發(fā)造紙集團(tuán)有限公司最終選擇深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發(fā)、生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高─高形式的CHH100系列高壓變頻器， 在2008年09月在該自備發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵配置的電動機(jī)安裝高壓變頻器, 進(jìn)行變頻節(jié)能改造，都取得良好的節(jié)能效果，下面對改造情況作一簡單介紹。

　　1.為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機(jī)的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。

　　2.高壓變頻器具有遠(yuǎn)程和本機(jī)控制功能。本機(jī)控制時通過高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動、停止高壓變頻器，可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速、頻率。遠(yuǎn)程控制放在控制室，設(shè)有操作臺和上位機(jī)，由配電工操作控制。通過上位機(jī)配電工可以隨時了解設(shè)備的運行情況，通過操作臺可實現(xiàn)對高壓變頻器進(jìn)行簡單的遠(yuǎn)方操作。配電工可以根據(jù)工況自由選定高壓變頻器“手動/自動”調(diào)速運行。

　　3.系統(tǒng)要求控制的壓力值由手操器給定（4～20mA電流信號），母管壓力反饋信號經(jīng)壓力變送器檢測后，再由DCS供給。壓力比較和PID運算均由DCS完成，其變換出來信號作為變頻器給定信號，以控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定在壓力設(shè)定值上，達(dá)到自動跟蹤管網(wǎng)壓力的目的。同時，通過變頻器的模擬量輸出接口將管網(wǎng)壓力、實際電壓、電流、頻率反饋到DCS監(jiān)控系統(tǒng)上。變頻器仍然作為一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，類似擋板特性，只是時間系數(shù)需要重新調(diào)整，這種調(diào)節(jié)方式比較簡便合理，只需要DCS根據(jù)以往的工頻調(diào)節(jié)方式增加變頻調(diào)節(jié)回路，以前的工頻擋板控制方式繼續(xù)保留備用。

    4.自備發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析計算

　　1.風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速的節(jié)能原理

　　當(dāng)采用變頻調(diào)速時，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變風(fēng)機(jī)水泵的性能曲線，使風(fēng)機(jī)水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)風(fēng)機(jī)水泵的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：

　　Q1/Q2=N1/N2

　　H1/H2=（N1/N2） ?

　　P1/P2= （N1/N2）?

　　Q1、H1、P1—風(fēng)機(jī)水泵在N1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、功率

　　Q2、H2、P2—風(fēng)機(jī)水泵在N2轉(zhuǎn)速時相似工況下的流量、壓力、功率

　　假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)速由N1降為N2時，風(fēng)機(jī)水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線л-Q看，Q2與Q1點的效率值基本是一樣的。也就是說當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會降低，有時甚至?xí)岣?。因此在滿足操作要求的前提下，風(fēng)機(jī)水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

　　降低了轉(zhuǎn)速，流量就不再用關(guān)小閥門來控制，閥門始終處于全開狀態(tài)，避免了由于關(guān)小閥門引起的壓力損失增加，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。

　　工頻50Hz電網(wǎng)直接啟動，對電網(wǎng)和機(jī)械沖擊較大，聲響很大，估算其啟動一次的損耗WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/ TM- TL，風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載的平方轉(zhuǎn)矩特性與異步電動機(jī)起動時的機(jī)械特性曲線部分相似，可以TM/ TM- TL =1計。而變頻軟起動損耗很小，只有上述WS的1/10，則每年的起動節(jié)能也是很可觀的。

　　當(dāng)采用變頻調(diào)速時，50Hz滿載時功率因數(shù)為接近1，工作電流比電機(jī)額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。

　　2. 自備發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵高壓變頻調(diào)速節(jié)能分析計算

　?。?）設(shè)備參數(shù)

　?。?）發(fā)電機(jī)不同負(fù)荷下風(fēng)機(jī)運行參數(shù)統(tǒng)計

　?。?）風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能效果分析計算

　　工頻情況的功率計算：

　　由于在運行過程中，爐側(cè)需根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化的要求同時調(diào)整A、B風(fēng)機(jī)水泵完成過程控制量的調(diào)節(jié)，且A、B風(fēng)機(jī)水泵運行性能指標(biāo)一致;因此可以對A、B引風(fēng)機(jī)運行數(shù)據(jù)分別合并處理。并且采用流量百分比和擋板開度之間關(guān)系的變化趨勢曲線對風(fēng)機(jī)水泵的變頻功耗進(jìn)行推倒。

　　Pd：電動機(jī)功率;U：電動機(jī)輸入電壓;I：電動機(jī)輸入電流;COSφ：功率因數(shù)。計算公式：Pd=1.732×U×I×COSφ。現(xiàn)取14、17MW負(fù)荷點的平均開度百分比和電動機(jī)總功率數(shù)據(jù)對100%開度情況下的總耗電功率數(shù)據(jù)特性趨勢進(jìn)行計算，并且推測出100%開度情況下的總耗電功率值,即：100%擋板開度電動機(jī)全速運行情況下的實際總功率.

　　變頻情況下的功率計算及節(jié)電率分析：

　　風(fēng)機(jī)設(shè)備屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速N與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝N,H∝N2,P∝N3,即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，

　　軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。通過風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)，依據(jù)

　　P//Pdn=（ N // N0）3=（Q//Q0）3公式

　　可依次求得風(fēng)機(jī)在采用變頻調(diào)速運行時各負(fù)荷對應(yīng)的風(fēng)機(jī)總功耗。Pdn為擋板100%全開情況下的功率值等于P100。對于風(fēng)機(jī)負(fù)載，閥門開度的比值可近似看成是流量的比值。

　　變頻運行情況下，較工頻運行情況下的節(jié)電率：

　　л= （Pd- Pb）/ Pd×100%。

    5.結(jié)束語

　　隨著廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本、提高發(fā)電企業(yè)競價上網(wǎng)的競爭能力、加強(qiáng)內(nèi)部管理、挖潛節(jié)能是電廠必須認(rèn)真研究的一件大事，采用高壓變頻器對電廠高能耗用電設(shè)備如：送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵等技術(shù)改造，不僅能收到直接的降低廠用電、降低供電煤耗，增大上電網(wǎng)電量帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益，而且設(shè)備乃至機(jī)組的安全可靠性提高，減少機(jī)組故障帶來的隱形經(jīng)濟(jì)效益。高壓變頻器技術(shù)在發(fā)電廠有值得推廣應(yīng)用的廣闊空間。