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国产高压变频器在锅炉引风机上的应用
[正文]:某热电厂锅炉为280t /h燃煤锅炉，型号为hg-280/9.8-ym-11。
其引风机为成都电力机械厂生产的y4-60-11no22.5d型离心风机，配套电机型号为y450-6（6kv 630kw）。
该引风机的风量调节是采用传统的风门挡板来控制调节的，因此存在相应的挡板节流损失。
虽然锅炉基本处于满负荷运行状态，但由于引风机设计余量较大，加上要兼顾风门的调节性能，因此选用了较大的风机及电机，运行上十分不经济。
2003年6月，该热电厂对锅炉引风机进行了变频调速改造，选用了国产的6kv变频器，通过改变风机转速来实现风量调节的功能，从而避免了不必要的节流损耗。
改造后节能效果十分显著，节电率超过40%，达到预期的节能改造目的。
2 调速节能的原理 传统的风机调节控制是靠风门的挡板开度来实现的，这就不可避免地带来了挡板节流损失。
根据风机厂家提供的资料，y4-60-11no22.5d型离心风机的性能参数如表1所示。
由此可作出风机性能曲线如图1中的ab所示。
改造之前，对引风机进行了的效率测试，数据如表2所示。
值得注意的是，表1给出的风机全压是风机进出口的全压，而表2中实测的全压是包括了风门在内的风道进出口全压，两者是不同的。
因此在确定风机工作点时，选择风机流量做为依据。
以锅炉#1引风机为例，按其引风量可确定工作点为图1中的c点。
从图1的性能曲线可算出，c点对应的风机全压约有5600pa，但风道上实测的全压只有1779pa，风压损失了约3821pa。
这部分损失大多是由风门挡板的节流造成的。
由于风机风门开度只有45%，风压损失很大，造成风机设备效率只有33.7%。
由此可见，如果采用传统的风机调节控制方法，会带来较大的节流损失，特别是在风机的挡板开度比较小的情况下，造成大量的能源浪费。
调速节能技术就是改变原来以固定风机转速、挡板调节的作法，而是将风机风门固定为全开、通过调节风机转速来调节风机流量。
根据风机近似理论，当风机转速改变后，风机性能参数可按下列公式计算： q’/q = n’/n p’/p = (n’/n)2 (ρ’/ρ)其中： q：风机流量 p：风机全压 n：转速 ρ：介质密度例如，当风机转速由980r/min降为700r/min时，风机性能曲线就由原来的ab下移至a’b’（图1）。
同样是54.68 m3/s的引风量，风机全压仅约为2100pa。
由于这时风机风门全开，节流损耗很少，其风机全压完全可以满足原运行工况的需要。
由于这时的风机全压大大降低，所需的风机轴功率也相应降低。
图1中的阴影部分就是原先浪费在风机风门节流上的功率。
通过风机调速，这部分功率就可以节省了下来。
风机设备效率得到相应提高。
3 高压变频技术原理 变频调速技术是风机调速方法之一，同其他风机调速方式相比，它具有高效率、高精度等优点。
变频调速技术的核心部件是变频器。
通常三相交流电的频率是固定的，而变频器可以输出不同频率的三相交流电。
由于电源频率发生变化，所驱动的异步电动机转速也会相应变化。
热电厂改造中选用了两台国产的6kv变频器，型号为harsvert-a06/050（容量500kva）。
该变频器采用单元串联多电平技术，直接输出6kv正弦波电压，属于高-高电压源型变频器。
该变频器的核心部分是功率单元模块 变频器的主结线图如图3所示，6kv电源经移相变压器后，输出21组不同相位的低压三相电源，每组三相电源各驱动一块功率单元模块。
在每块功率单元模块中，三相电源经整流、逆变，得到单相电源。
21块功率单元模块分成三组，每组7块进行输出串联，从而得到三相电源。
各个功率单元模块采用移相pwm（脉宽调制波）技术，每相的功率单元模块输出相互叠加，形成非常完美的正弦波。
单元串联多电平技术具有以下优点： （1）由于变频器的输出是由多级功率单元模块输出的移相pwm叠加而成，输出波形十分接近正弦波，谐波很少，变频后电机的附加损耗小，因此该类型变频器可应用在普通的三相异步电动机上。
（2）功率单元模块的输入电源是经过不同角度的移相，在一方面削弱了变频器输入电源的谐波，另一方面也提高了变频器的功率因数和效率。
变频器在额定功率下的功率因数可达0.95，效率达96%以上。
（3）变频器输出采用多级功率单元模块串联叠加输出，各单元模块分担电压较低，可采用低压电器元件，可靠性高。
（4）各功率单元模块带有旁路功能（见图2中的电子开关k），任何一级单元模块故障，模块上的k闭合，单元模块故障自动旁路切除，分散了故障停机的风险。
单元串联多电平技术的缺点是： （1）需要输入变压器，从严格意义上说不是真正高-高电压源型变频器。
输入变压器造成变频器的体积较大，同时也带来新的故障点。
（2）需要的功率元器件数目较多，控制回路较复杂，成本较高。
国产高压变频器在锅炉引风机上的应用1概述 某热电厂锅炉为280t /h燃煤锅炉，型号为hg-280/9.8-ym-11。
其引风机为成都电力机械厂生产的y4-60-11no22.5d型离心风机，配套电机型号为y450-6（6kv 630kw）。
该引风机的风量调节是采用传统的风门挡板来控制调节的，因此存在相应的挡板节流损失。
虽然锅炉基本处于满负荷运行状态，但由于引风机设计余量较大，加上要兼顾风门的调节性能，因此选用了较大的风机及电机，运行上十分不经济。
2003年6月，该热电厂对锅炉引风机进行了变频调速改造，选用了国产的6kv变频器，通过改变风机转速来实现风量调节的功能，从而避免了不必要的节流损耗。
改造后节能效果十分显著，节电率超过40%，达到预期的节能改造目的。
2 调速节能的原理 传统的风机调节控制是靠风门的挡板开度来实现的，这就不可避免地带来了挡板节流损失。
根据风机厂家提供的资料，y4-60-11no22.5d型离心风机的性能参数如表1所示。
由此可作出风机性能曲线如图1中的ab所示。
改造之前，对引风机进行了的效率测试，数据如表2所示。
值得注意的是，表1给出的风机全压是风机进出口的全压，而表2中实测的全压是包括了风门在内的风道进出口全压，两者是不同的。
因此在确定风机工作点时，选择风机流量做为依据。
以锅炉#1引风机为例，按其引风量可确定工作点为图1中的c点。
从图1的性能曲线可算出，c点对应的风机全压约有5600pa，但风道上实测的全压只有1779pa，风压损失了约3821pa。
这部分损失大多是由风门挡板的节流造成的。
由于风机风门开度只有45%，风压损失很大，造成风机设备效率只有33.7%。
由此可见，如果采用传统的风机调节控制方法，会带来较大的节流损失，特别是在风机的挡板开度比较小的情况下，造成大量的能源浪费。
调速节能技术就是改变原来以固定风机转速、挡板调节的作法，而是将风机风门固定为全开、通过调节风机转速来调节风机流量。
根据风机近似理论，当风机转速改变后，风机性能参数可按下列公式计算： q’/q = n’/n p’/p = (n’/n)2 (ρ’/ρ)其中： q：风机流量 p：风机全压 n：转速 ρ：介质密度例如，当风机转速由980r/min降为700r/min时，风机性能曲线就由原来的ab下移至a’b’（图1）。
同样是54.68 m3/s的引风量，风机全压仅约为2100pa。
由于这时风机风门全开，节流损耗很少，其风机全压完全可以满足原运行工况的需要。
由于这时的风机全压大大降低，所需的风机轴功率也相应降低。
图1中的阴影部分就是原先浪费在风机风门节流上的功率。
通过风机调速，这部分功率就可以节省了下来。
风机设备效率得到相应提高。
3 高压变频技术原理 变频调速技术是风机调速方法之一，同其他风机调速方式相比，它具有高效率、高精度等优点。
变频调速技术的核心部件是变频器。
通常三相交流电的频率是固定的，而变频器可以输出不同频率的三相交流电。
由于电源频率发生变化，所驱动的异步电动机转速也会相应变化。
热电厂改造中选用了两台国产的6kv变频器，型号为harsvert-a06/050（容量500kva）。
该变频器采用单元串联多电平技术，直接输出6kv正弦波电压，属于高-高电压源型变频器。
该变频器的核心部分是功率单元模块，其原理图如图2所示。
变频器的主结线图如图3所示，6kv电源经移相变压器后，输出21组不同相位的低压三相电源，每组三相电源各驱动一块功率单元模块。
在每块功率单元模块中，三相电源经整流、逆变，得到单相电源。
21块功率单元模块分成三组，每组7块进行输出串联，从而得到三相电源。
各个功率单元模块采用移相pwm（脉宽调制波）技术，每相的功率单元模块输出相互叠加，形成非常完美的正弦波。
单元串联多电平技术具有以下优点： （1）由于变频器的输出是由多级功率单元模块输出的移相pwm叠加而成，输出波形十分接近正弦波，谐波很少，变频后电机的附加损耗小，因此该类型变频器可应用在普通的三相异步电动机上。
（2）功率单元模块的输入电源是经过不同角度的移相，在一方面削弱了变频器输入电源的谐波，另一方面也提高了变频器的功率因数和效率。
变频器在额定功率下的功率因数可达0.95，效率达96%以上。
（3）变频器输出采用多级功率单元模块串联叠加输出，各单元模块分担电压较低，可采用低压电器元件，可靠性高。
（4）各功率单元模块带有旁路功能（见图2中的电子开关k），任何一级单元模块故障，模块上的k闭合，单元模块故障自动旁路切除，分散了故障停机的风险。
单元串联多电平技术的缺点是： （1）需要输入变压器，从严格意义上说不是真正高-高电压源型变频器。
输入变压器造成变频器的体积较大，同时也带来新的故障点。
（2）需要的功率元器件数目较多，控制回路较复杂，成本较高。
4 效益估算 从能量损耗的过程来看，主要有变频器损耗、电动机损耗、风机损耗、管路损耗等。
变频器在额定工况下效率为96%，在一般工况下效率略低些，现取效率为92%；高压电动机的效率为95%；风机效率取a、b两种工况效率的平均值75%；管路损耗较为复杂，现取效率为90%。
整体效率约为：92%×95%×75%×90% = 59%。
以锅炉#1引风机为例，风机有效功率为97.28kw，估计改造后电动机功率为97.28 / 59% = 165kw，估计可节电：(288.8 – 165) / 288.8 = 43%。
5 变频改造情况及出现的问题 2003年6月，该热电厂对锅炉引风机实施了变频调速改造，并于6月底正式投入运行。
变频器一直保持稳定运行，各项经济指标均满足设计要求。
运行期间曾出现过一次单元模块超温报警，故障单元模块自动旁路成功，变频器继续保持运行。
事后经过分析，认定为测温元件受干扰误报警所致。
利用锅炉小修的机会，厂家对变频器控制程序进行升级，增加抗干扰功能，消除了误报警误障。
因为变频器启动转矩较低（2倍额定转矩），所以在启动时要特别注意避免出现单元模块过流故障。
锅炉在单引风机运行的特殊工况下，停运的引风机会因风门不严密而处于倒转状态。
这时如果直接启动变频器，就会出现因过流而不法启动风机的现象。
解决的方法是，在启动前先将风机进行制动，待风机停转后再启动变频器。
6 效益分析 引风机变频改造之后，对引风机的效率再次进行测试 对比改造前后的数据可知，风机设备效率明显提高。
#1引风机电功率由288.8kw降低至162.0kw，#2引风机由273.4kw降低至167.1kw，共节省电功率233.1kw，节电率达41.5%。
与改造前效益估算基本相符。
从运行实绩来看，2003年第三季度锅炉引风电耗比去年同期减少了57万kw h，节能效果十分显著。
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