摘要：本文介紹了在6kv廠用電在特殊運行方式下，脫硫裝置重要設備增壓風機單相接地電壓保護及差動保護動作跳閘故障，具體敘述了故障處理'>故障處理過程，并結合實際運行情況進行了原因分析。

關鍵詞：脫硫增壓風機；故障處理'>故障處理；原因分析

1　概況

重慶發(fā)電廠煙氣脫硫項目是引進德國政府貸款和先進技術的示范工程， 該項目安裝一套供兩臺670 t / h 鍋爐共用的濕法石灰石―石膏脫硫系統(tǒng)，是我國目前火電廠運行中規(guī)模最大的煙氣脫硫裝置。脫硫項目電氣一、二設備和DCS控制系統(tǒng)為全套引進德國設備，DCS控制系統(tǒng)軟件和繼電保護裝置為德國西門子公司產(chǎn)品。脫硫裝置處理煙氣量160萬Nm³ / h，硫脫效率達到95 %以上，該工程自2000年底建成投進使用，它投運后極大地減少了燃煤煙氣中二氧化硫的排放量，使排放的二氧化硫量年減少5萬噸以上，為降低重慶主城區(qū)空氣的二氧化硫含量做出了重大貢獻，發(fā)揮出了積極的環(huán)保效益與社會效益。

2　脫硫裝置電氣一次結線簡介

脫硫裝置電氣一次結線圖如圖1所示：

            #2機6kv B段                                               脫硫6kv B段

                                 YH                        YH

         #2-2給水泵          灰場電源               漿液循環(huán)泵              增壓風機

2500 kw         1000 KVA                    950 kw               3510 kw

脫硫變接于#2發(fā)電機出口，正常運行方式為脫硫變供脫硫FGDA、B段。因脫硫系統(tǒng)為兩臺機組共用，當#2機停運時，將出現(xiàn)如圖1所示高備變B分支同時供#2機6kvB段和脫硫6kvB段的特殊運行方式。

3　脫硫增壓風機運行中兩次故障跳閘情況

3.1　單相接地電壓保護動作增壓風機跳閘

（1）故障現(xiàn)象

a 脫硫電源系統(tǒng)正常運行，增壓風機跳閘；

b 脫硫6kvB段電壓互感器YH柜上XU1-E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1-E”點亮報警；

c 增壓風機開關柜上7UT51電流差動保護和7SJ600限時過流保護沒有報警信號；

d #2機6kvB段電壓互感器YH柜上盡緣監(jiān)察繼電器XJJ未動作報警。

（2）處理過程

根據(jù)上述現(xiàn)象，首先按照運行規(guī)程對增壓風機電氣一次設備進行全面外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，然后停電丈量電機帶電纜對地的盡緣電阻和吸收比合格，初步判定增壓風機電氣一次設備沒有故障點。同時檢查發(fā)現(xiàn)在增壓風機期間，XU1-E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1- E”仍然點亮報警，因此，對照單相接地電壓保護整定值（12.0V），進行實測電壓互感器YH二次開口三角形繞組U_e―U_n端子的零序電壓3U₀，實測零序電壓3U₀=13.80V ，推斷保護正確動作，系統(tǒng)存在單相接地點，必須及時進行查找。

按照規(guī)程規(guī)定的順序，停運脫硫6kvB段上所有的負荷，沒有找到故障點；對電壓互感器YH和6kvB段母線停電測盡緣電阻，仍然沒有發(fā)現(xiàn)故障點�；謴兔摿�6kvB段母線運行后，XU1- E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1- E”再次點亮報警，經(jīng)過電氣專業(yè)組研究討論，以為德國專家整定保護定偏小，由于我廠整定的#2機組6kvB段單相接地盡緣監(jiān)察電壓繼電器定值3U₀=15.0V，因此將XU1-E接地故障繼電器定值3U₀由12.0 V調整到16.0V。定值調整后，啟動增壓風機運行92分鐘，單相接地電壓保護動作增壓風機再次發(fā)生跳閘，故障現(xiàn)象與第一次相同。

在不到2個小時之內，發(fā)生單相接地電壓保護動作增壓風機2次跳閘，增壓風機電氣一次設備進行全面外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常電氣專業(yè)組研究討論決定，在第一次檢查的基礎上，擴大檢查范圍，對脫硫6kvB段和#2機組6kvB段電壓互感器YH二次主繞組和開口三角形繞組的電壓進行實測，其數(shù)據(jù)記錄如下表1：

表1　電壓互感器YH二次側相電壓、零序電壓實丈量值

根據(jù)表1的丈量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)三相對地電壓幅值不平衡，說明系統(tǒng)存在C相對地盡緣下降或經(jīng)過電阻接地故障，由于第一次已經(jīng)對增壓風機和脫硫6kvB段上所有設備進行了全面檢查和必要的試驗，因此，發(fā)生第二次跳閘重點應檢查#2機6kvB段上的設備。按照運行規(guī)程規(guī)定的順序在，對#2機6kvB段上的負荷逐一停電查找接地故障點，當斷開灰場電源時，XU1-E接地故障繼電器面板發(fā)光二極管“XU1-E”報警熄滅，丈量脫硫6kvB段YH二次開口三角形3U₀下降到9.38V，然后丈量#2機6kvB段YH二次開口三角形3U₀下降到6.17V，接近正常情況下的零序電壓值，推斷C相接地故障點已經(jīng)找到，啟動增壓風機投運正常�；覉鲭娫赐ｋ娡ㄟ^測測盡緣電阻和進行交流耐壓試驗，發(fā)現(xiàn)電纜中間接頭C相對地盡緣分歧格，引起C相經(jīng)過渡電阻單相接地故障。

（3）原因分析

6kv電源系統(tǒng)為中性點非直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，會出現(xiàn)零序電壓，使故障相對電壓降低，非故障相對地電壓升高1--倍。根據(jù)表1丈量數(shù)據(jù)，假定A、B、C三相對地電壓相位對稱，利用三相相量對稱分量法計算3U₀如下：

設脫硫6kvB段YH二次相電壓_a1 = 69.34∠0⁰ ，_b1 = 69.18∠-120⁰ ，_c1 = 50.62∠120⁰；

設#2機6kvB段YH二次相電壓_a2 = 59.72∠0⁰ ，_b2 =59.53∠-120⁰ ， _c2 = 49.16∠120⁰。

3₀₁ =（_a1+_b1+_c1）                                   _{C1        C-D}

= （69.34∠0⁰+ 69.18∠-120⁰ + 50.62∠120⁰）                         

=18.64∠-59.6⁰ 。                                          D      ₀₁

3₀₂  =（_a2+_b2+_c2）                                        N

= （59.72∠0⁰+ 59.53∠-120⁰ + 49.16∠120⁰）  _{B ?D    B1            A1      A -D}

=14.52∠-77.9⁰。                             圖1  C相經(jīng)過渡電阻接地電壓相量圖

計算3U₀結果表明與實測數(shù)據(jù)接近，繪制相量如圖1。

由于6kv中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時短路電流很小且線電壓平衡，不影響供電，一般情況下答應繼續(xù)運行1-2h，在答應時間內運行職員轉移負荷，切換設備，逐一斷開各個負荷查找故障點，這對機組安全經(jīng)濟是有利的。因此，我國通常在6kv母線電壓互感器YH二次側裝設盡緣監(jiān)察裝置，利用單相接地是三相對地電壓的變化和開口三角形繞組出現(xiàn)零序電壓，過壓繼電器動作發(fā)出“6kv母線接地信號”，運行職員根據(jù)盡緣監(jiān)察裝置三相電壓指示，判定故障相，盡緣監(jiān)察裝置接線圖如圖3。

德國西門子公司對6kv中性點非直接接地系統(tǒng)電機保護的設計理念與我國有區(qū)別，當6kv系統(tǒng)三相對地電壓不平衡超過一定范圍，單相接地故障保護動作將切除重要電機運行，防止重要電機定子繞組發(fā)生一點接地燒損鐵芯，其單相接地故障保護接線圖如圖2。但是由于6kv中性點非直接接地系統(tǒng)重要電機零序電流保護靈敏性受運行方式的影響，選擇性的切除故障受多個因素制約，脫硫裝置6kv電機保護仍然不夠完善，在特殊運行方式增壓風機會出現(xiàn)上述單相接地故障保護動作非選擇性切除的情況。

     A    B   C                                                   A    B   C    XJJ 至接地報警信號

          a   b   c         A₁     A₃

             U_e          U_n                         24 跳閘接點                          V_A

                                  22                                            V_B

圖2 ，XU1-E接地故障繼電器接線圖                   圖3，6kv母線盡緣監(jiān)察裝置接線圖

3.2  #2機-2給水泵啟動過程中增壓風機跳閘

（1）故障現(xiàn)象

a 脫硫電源系統(tǒng)正常運行，增壓風機跳閘；

b 脫硫6kvB段電壓互感器YH柜上XU1-AC-AC過壓、欠壓繼電器未動作報警；

c 增壓風機開關柜上7UT51電流差動保護動作報警信號。

（2）處理過程

在#2機組A級檢驗鍋爐作水壓#2機-2給水泵啟動過程中，增壓風機差動保護動作跳閘，根據(jù)上述現(xiàn)象，首先按照運行規(guī)程對增壓風機差動保護范圍內的電氣一次設備進行全面外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，然后停電丈量電機帶電纜對地的盡緣電阻和吸收比合格，檢查校驗差動保護裝置正常，判定增壓風機電氣一次設備沒有相間短路故障點，啟動增壓風機運行正常。鍋爐作水壓過程中停運給水泵消缺后，再次啟動#2機-2給水泵時，增壓風機差動保護再次動作跳閘。再次對增壓風機差動保護范圍內的電氣一次設備和差動保護回路進行全面檢查試驗，未發(fā)現(xiàn)異常。

針對#2機-2給水泵啟動過程中，增壓風機差動保護2次動作跳閘的異常情況，初步定性分析是由于給水泵電機啟動過程中引起脫硫6kvB段電壓忽然降低，增壓風機電流忽然升高，差動保護因兩側電流互感器特性差異，不平衡電流增加產(chǎn)生差動電流超過保護整定值，導致保護出口跳閘。通過初步定性分析，將差動保護電流整定值由0.1I_N調整到0.3I_N，投運增壓風機正常后，啟動#2機-2給水泵進行試驗，脫硫6kvB段電壓瞬時由6.20 kv下降至5.40kv降低，增壓風機電流忽然升高，差動保護沒有發(fā)生誤動作跳閘。

（3）原因分析

增壓風機電流差動保護為7UT51型微機數(shù)字式繼電保護裝置，出口跳閘邏輯圖4所示，在電機啟動過程中，啟動電流為4―7倍額定電流，可能引起電流互感器飽和，特別是兩側電流互感器飽和程度不相同時，保護裝置可能會出現(xiàn)一個相當大的差動電流，假如Idiff/Istab導致一個位于工作特性曲線跳閘區(qū)內的工作點，不采取閉鎖措施，保護裝置就會產(chǎn)生一個跳閘信號。為進步保護靈敏性，7UT51差動繼電器差整定值較低（0.1I_N），跳閘邏輯回路中采取閉鎖措施防止誤動，閉鎖時間T> 增壓風機啟動時間T_qd。啟動過程假如發(fā)生電機堵轉或相間短路故障，將由增壓風機7SJ551微機數(shù)字式過流保護裝置動作切除故障。但是，在#2機組停機的特殊運行方式下，#2機-2給水泵啟動過程中，脫硫6kvB段電壓由瞬時由6.20 kv下降至5.40kv，啟動時間5―7s，增壓風機電流忽然升高，差動保護裝置因不平衡電流增加產(chǎn)生差動電流會超過保護整定值，這種特殊情況下保護不能閉鎖出口，增壓風機將發(fā)生誤動作跳閘。

                                其他相

                                                   其他相

電機啟動閉鎖跳閘

圖4  增壓風機電流差動保護7UT51跳閘邏輯圖

4　措施和對策

1、脫硫6kvB段單相接地保護定值與#2機6kvB段母線盡緣監(jiān)察裝置定值可靠配合，將XU1-E接地故障繼電器定值3U₀由16.0 V調整到20.0V。盡量避免盡緣監(jiān)察裝置未動作報警的情況下，單相接地保護動作增壓風機跳閘。

2、增壓風機電流差動保護定值由0.1I_N適當調高至0.3I_N，防止脫硫6kvB段電壓忽然降低引起差動保護誤動作。

參考文獻：

[1] 電力系統(tǒng)繼電保護原理與運行. 華中工學院主編. 水利電力出版社1989

[2] 電力系統(tǒng)故障分析. 華北電力學院主編 . 電力產(chǎn)業(yè)出版社1979

[3] Chong Qing Power Plant FGD Protection Manual.2000(4)

1 引言 
　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,各行各業(yè)煤炭的需求量也越來越大,各大型煤炭企業(yè)紛紛開辟新的礦井來擴大規(guī)模,并且利用各種技術降低生產(chǎn)本錢，因此變頻器在煤炭行業(yè)的需求也就越來越大。
　　主扇風機是煤礦透風系統(tǒng)中最重要的一部分，它可以說是每一個井下工作職員的呼吸要道，因此它也是煤礦安全生產(chǎn)中最重要的一個環(huán)節(jié)。長期以來，礦井主扇風機的功率都比較大，而且一天24小時不中斷運行，礦井所需的風量都是通過調節(jié)風門擋板或葉片角度來實現(xiàn)，根據(jù)反風及開采后期運行工況要求，所設計的透風機及拖動的電動機的功率，通常遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率。風機設計上余量特別大，在相當長的時間風機一直處在較輕負載下運行，因此，煤礦透風系統(tǒng)中存在著極為嚴重的大馬拉小車現(xiàn)象，能源浪費非常突出。

2 現(xiàn)場簡介 
　　崔莊煤礦位于山東省濟寧市微山縣，其主扇風機擔負著整個礦井的透風任務，要求安全穩(wěn)定性極高，由于風機一旦停機，短時間內就將造玉成礦無法正常生產(chǎn)，控制方式采用調節(jié)風門開度的大小來調整風量，這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門節(jié)流損失消耗掉了。不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗，從而導致生產(chǎn)本錢增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修用度高居不下，針對這種情況，礦領導經(jīng)過論證，最后決定選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37系列的高壓變頻調速器，現(xiàn)場設備如圖1所示：

圖1 現(xiàn)場設備圖

3 風光高壓變頻器的突出特點
（1）采用高速DSP（TMS320F2812）作為中心處理器，運算速度更快，讓控制更精準。系統(tǒng)升級更方便。
（2）飛車啟動功能：能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。
（3）瞬間掉電再啟動功能：運行過程中高壓瞬時掉電三秒鐘內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
（4）線電壓自動均衡技術（采用中性點漂移技術）：變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的條件下保證最大的線電壓均衡輸出。
（5）單元內電解電容因采取了公司專利技術（專利號ZL 2003 2 0107356.2 ），可以將其使用壽命進步一倍；高壓提升機產(chǎn)品采用了更長壽命的電力電容。
（6）運行過程中外部頻率給定信號出現(xiàn)故障（短路或開路），整機維持故障前的運行頻率不變，并能給出報警信號。
（7）單元串聯(lián)多重化結構，模塊化設計。這樣IGBT承受電壓較低，可以有較寬的過壓范圍（≥1.15Ue），設備可靠性更高。
（8）具有雙路AC控制電源，一路為干式變壓器變壓以后的AC電源，一路為外部控制電源，這樣在調試過程中，無需加進高壓主電，就可以檢測輸出波形的正常與否。對于在現(xiàn)場安裝調試以及職員培訓很方便，同時也大大進步了培訓和運行的安全性。

4 現(xiàn)場技術參數(shù)
　　電動機參數(shù)如下表1所示：
表1：

5 變頻改造前存在的題目
    （1）原工礦使用的為轉子串電阻啟動方式，啟動不穩(wěn)定，造成了大的機械沖擊，導致電機壽命大大降低；
    （2）轉子串電阻啟動時，控制系統(tǒng)復雜，故障率高，接觸器、電阻器、繞線電機電刷輕易損壞，維護工作量大；
    （3）啟動時電流過大，對電網(wǎng)沖擊很大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性；
    （4）主扇風機設計上余量大，主扇風機一直處在較輕負載下運行，由于采用檔板調節(jié)，因此造成能源浪費，增加了生產(chǎn)本錢；
    （5）自動化程度低，影響整體系統(tǒng)安全性。

6 變頻控制方案
　　為了滿足安全生產(chǎn)，選用一套6KV變頻調速器，通過切換，可以在變頻器故障狀態(tài)下，切換到工頻狀態(tài)運行，其主回路如下圖2所示：

圖2 主回路圖

圖3 功率單元主回路

　　高質量電源輸進：輸進側隔離變壓器二次線圈經(jīng)過移相，為功率單元提供電源對于6KV而言相當于30脈沖不可控整流輸進，消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網(wǎng)側諧波（尤其是低次諧波）的產(chǎn)生。變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEE 519-1992和GB/T14549-93《電能質量公用電網(wǎng)諧波》對諧波含量最嚴格要求，無需安裝輸進濾波器并保護周邊設備免受諧波干擾。正常調速范圍內功率因數(shù)大于0.96。無需功率因數(shù)補償電容，減少無功輸進，降低供電容量。
　　完美的輸出性能：單元脈寬調制疊波輸出， 6KV系列每相5個單元，大大削弱了輸出諧波含量，輸出波形幾近完美的正弦波，其輸出波形如下圖4所示：

圖4 變頻器輸出波形

7 現(xiàn)場應用情況
　　崔莊礦選用型號JD-BP37-400F風光變頻器，于2008年10月20日開始安裝調試，2008年10月25日一次性投運成功。變頻運行后，風門全部打開，運行頻率43Hz，運行電流24A，負壓1700Pa,不僅完全滿足煤礦生產(chǎn)工藝要求,而且用戶操縱非常方便。變頻器運行非常穩(wěn)定。

8 節(jié)能計算
      按工頻和變頻運行實際電流計算，計算數(shù)據(jù)取2008年技術測定：
    工頻運行時，風門開度為2m左右，運行電流在43A。
    工頻運行時功率和一天耗電量：
    P1= 1.732×6×43×0.77=344.08KW   
    N1=344.08×24=8257.90KW•h。
    變頻器運行時，風門全開，運行電流在24A，由變頻器調節(jié)風機速度來滿足風量要求。
    變頻運行時功率和一天耗電量：
    ,通風換氣次數(shù);P2=1.732×6×24×0.958=238.93KW   
    N2=238.93×24=5734.32KW•h。
    節(jié)電率：
    （N1-N2）/N1=（8257.90-5734.32）/8257.90=30%。
    節(jié)約電費計算：
    以該礦電價0.6元/ KW•h計算，工頻24小時耗電費： 
    8257.90×0.6=4954.74元。
    變頻24小時耗電費：
    5734.32×0.6=3440.59元。
    變頻改造后，日節(jié)約電費：
   4954.74-3440.59=1514.15元。
    一年以300天為標準計算，年節(jié)約電費：
    1514.15×300=454244.4元。

9 其他效益
  （1）實現(xiàn)電機軟啟動，減小啟動沖擊，降低維護用度，延長設備使用壽命；
  （2）系統(tǒng)安全、可靠，具有變頻故障轉工頻功能，確保風機連續(xù)運行；
  （3）控制方便、靈活，自動化水平高；
  （4）輸進諧波含量小，不對電網(wǎng)造成污染；輸出諧波含量低，適合所有改造項目的普通異步電動機；
  （5）界面全為純中文操縱，非常符合國人特點；
  （6） 安全保護功能齊全，除了過壓、過熱、過載、短路等自身保護功能外，還設有外圍連鎖保護系統(tǒng)，進步了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性；  
  （7）采集各臺扇風機運行的工藝參數(shù)、電器參數(shù)、電氣設備運行的狀況。
       主扇風機可由PLC進行控制，嚴格按控制程序進行控制，并對扇風機正常切換和故障切換進行控制和操縱指導，且在控制柜實現(xiàn)硬件閉鎖控制。
       在控制站顯示扇風系統(tǒng)工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設備運行狀態(tài)（工作、停止、故障）以及報警參數(shù)表等。
   ,負壓風機廠家直供;    自動建立數(shù)據(jù)庫，對于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動天生趨勢曲線。
       當運行風機發(fā)生故障時，利用運行記錄的曲線對故障進行分析和處理。
       在條件具備時，可實現(xiàn)遠控，達到“無人值守”。

10 結束語
    崔莊煤礦主扇風機經(jīng)過變頻改造之后,不僅達到了良好的節(jié)能效果,并且使整套透風系統(tǒng)的穩(wěn)定性進步了一個大臺階。隨著國家對節(jié)能減排工作的越來越重視，煤礦企業(yè)通過各種措施降低生產(chǎn)本錢，其中變頻技術起到了關鍵作用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，適應了國家建設資源節(jié)約型社會的潮流。

　　1 引言

　　中國政府在第十到第十一個“五年計劃”的節(jié)能計劃中，把“電機系統(tǒng)節(jié)能”列為重中之重，“發(fā)展電機調速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術”，“逐步實現(xiàn)電動機、風機、泵類等設備和系統(tǒng)的經(jīng)濟運行”。另一方面，國家計委在“十五”計劃綱要中明確提出了要“改變產(chǎn)業(yè)增長方式”，“鼓勵采用高新技術和先進適用技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)”，指出一個國家綜合實力的重要基礎是國家的裝備制造業(yè)，提出“大力振興裝備制造業(yè)”的重要指導思想，“大力推進機電一體化”，形成新的經(jīng)濟增長點。

　　從2005年中國電力企業(yè)聯(lián)合會主辦的中國電力論壇上獲悉，目前我國的電力裝機容量達到4.4億kw，其中有3.25億kw是火電，火電的發(fā)電量占到總發(fā)電量的82.6％。而且，火電比重過大的局面今后可能進一步加劇。火電廠中的各類輔機設備中，風機水泵類設備占了盡大部分，蘊躲著巨大的節(jié)能潛力。

　　河南鶴壁同力電廠兩臺機組2×300mw采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的dg1025/18.2-ii12型自然循環(huán)汽包爐，風煙系統(tǒng)采用雙引風機、雙送風機，冷一次風機熱風送粉形式。風機型號分別為 fta19-9.5-1、sfg-17.5f-c5a型。配置功率分別為2800kw、630kw、710kw 電壓為6kv的三相交流異步電動機，送風機采用動葉調節(jié)，引風機采用靜葉調節(jié)，一次風機工頻采用進口擋板調節(jié)，這種配置的缺點是擋板兩側風壓差造成節(jié)流損失，同時風機擋板執(zhí)行機構為大力矩電機執(zhí)行器易出故障，風機自動率較低。

　　本次變頻改造針對兩臺發(fā)電機組的四臺一次風機，經(jīng)我廠多方面考察，終極采用東方日立（成都）電控設備有限公司生產(chǎn)的變頻器，型號為dfvecrt-mv-900/6c變頻器，共四套。目前經(jīng)過對變頻器的調試運行、驗證，達到了預期效果，安裝工藝、操縱控制都有了突破性進展。

　　2 采用變頻調速節(jié)能的基本原理

　　2.1 風機水泵的有關理論

　　由電機學原理可知，交流電動機的同步轉速n0與電源頻率f1、磁極對數(shù)p之間的關系式為:

　　n0=60f1/p (r/min)
異步電動機的轉差率s的定義式為:
s=(n0－n)/n0=1－n/n0
則可得異步電動機的轉速表達式為:
n=n0(1－s)=(1－s)60f1/p

　　可見，要調節(jié)異步電動機的轉速，可通過改變電源頻率的方式來實現(xiàn)，該調速的方法即為變頻調速。

　　2.2 風機水泵的調速節(jié)能

　　由于火電機組調峰力度的加大，這些機組的負荷變化范圍很大，必須實時調節(jié)風機水泵的流量。目前調節(jié)流量的方式多為節(jié)流閥調節(jié)，由于這種調節(jié)方式僅僅是改變了通道的通流阻抗，而電動機的輸出功率并沒有多大改變，所以浪費了大量的能源。由于流量與轉速成正比，假如風性能在調速狀態(tài)下運行，則可將風機擋板全開，使風道的阻力減小至最小，通過調整風機的轉速來調整風量，此時風機可以始終處于高效點運行。而由于風機消耗的功率與轉速的三次方成正比，所以通過降低轉速以減少流量來達到節(jié)流目的時，所消耗的功率將降低很多。由于我國在電力設計規(guī)程上的種種原因，給水泵、引風機、送風機等以及其配套的大電機都存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象。所以改造風機為調速運行，能帶來巨大經(jīng)濟效益。

　　3 單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器的基本原理

　　3.1 系統(tǒng)結構

　　dfcvert-mv系列無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器是采用直接“高-高”的變換形式，由多個功率單元構成多重化串連的拓撲結構，每個單元輸出固定的低壓電平，再由多個單元串聯(lián)疊加為所需的高壓。以6kv每相六單元串聯(lián)為例,電壓疊加如圖1所示，變頻器電路原理示意圖如圖2所示。每相由6個相同的功率單元串聯(lián)而成，相電壓為3464v。每個功率單元輸出有效值ve＝577v，峰值輸出電壓 。

圖1 6kv變頻器電壓疊加示意圖

　　多重化串聯(lián)結構使用低壓器件實現(xiàn)了高壓輸出，降低了對功率器件的耐壓要求。它對電網(wǎng)諧波污染非常小，輸進電流諧波畸變率小于4%，滿足了ieee519-1992的諧波抑制標準的要求;輸進功率因數(shù)高，不必采用輸進諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置;輸出波形接近正弦波，不存在輸出諧波引起的電機發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等題目，對普通異步電機不必加輸出濾波器就可以直接使用。

圖2 6級6kv變頻器電路原理示意圖

　　3.2 功率單元

　　功率單元主要由輸進熔斷器、三相全橋式整流器、預充電回路、電容器組、igbt逆變橋、直流母線和旁通回路構成，同時還包括電源、驅動、保護監(jiān)測、通訊等組件組成的控制電路。單元結構如圖3所示。各功率單元具有完全相同的結構，有互換性。

　　功率單元由移相變壓器的一組副邊供電，通過三相全橋整流器將交流輸進整流為直流，并將能量儲存在電容組中。電容器組根據(jù)單元電壓選擇并聯(lián)或串連，如母線電壓為815v，則將三組電容串連起來以滿足耐壓要求，每組電容器根據(jù)單元容量的大小選擇并聯(lián)個數(shù)�？刂撇糠滞ㄟ^冗余設計的電源板從直流母線上取電，接收主控系統(tǒng)發(fā)送的pwm信號并通過控制igbt的工作狀態(tài)，輸出pwm電壓波形。

　　監(jiān)控電路實時監(jiān)控igbt和直流母線的狀態(tài)，將狀態(tài)反饋回主控系統(tǒng)。在單元出現(xiàn)重故障時，主控將打開功率單元的旁通回路，使單元進進旁通狀態(tài)，避免整個變頻器停機。

　　每個單元輸出pwm波，將每相n個功率單元的輸出電壓疊加，產(chǎn)生多重化的相電壓波形，使相電壓產(chǎn)生出2n+1個電壓臺階，6個功率單元輸出的pwm波形及疊加之后的相電壓波形如圖4所示。

　　3.3 移相變壓器

　　移相變壓器電氣原理如圖5所示: 變壓器（以輸進6kv變壓器為例）原邊繞組為6kv,副邊共18個繞組分為三相。每個繞組為延邊三角形接法，分別有±5o、±15o、±25o等移相角度，每個繞組接一個功率單元。這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。因此，采用移相變壓器進行隔離降壓，不會對電網(wǎng)造成超過國家標準的諧波干擾。

圖3 變頻器功率單元

圖4-1 變頻器一次原理圖

圖4 變頻器的單元輸出波形及相電壓疊加波形

圖5 移相變壓器柜電氣原理圖

　　4 可靠性分析

　　設備改造原則上應以最可靠的系統(tǒng)、最少的投進、最短的時間、帶來最好的效益為目標。當然可靠性始終還是要放在首位，為了保證系統(tǒng)的連續(xù)運行，筆者為變頻器配備了工頻和變頻自動切換功能。當變頻器需正常檢驗或故障時，變頻器可自動切換到工頻旁路運行;當變頻器正常檢驗完成后，電動機可在工頻旁路運行的情況下自動投進變頻運行。具體的系統(tǒng)如圖6所示。我們通過現(xiàn)場反復的試驗證實，整個切換過程在幾秒中內即可完成，對系統(tǒng)沒有任何擾動，可保證系統(tǒng)的安全連續(xù)運行，整個改造沒有任何風險。

　　5 經(jīng)濟效益分析

　　由于在相同條件下風壓和流量的大小與電機電流的大小成正比所以這里只用工頻運行檔板調節(jié)時的電機電流和變頻調節(jié)時變頻器的輸進電流作一比較，以說明節(jié)電效果。

　　在機組變工況運行時電源側電流見表1（24次均勻值）。

表1 機組變工況運行時電源側電流

　　以下公式可估算出節(jié)電的結果:

　　p= uicosφ
式中:p為電功率（kw）;
i為電流（a）;
u為電壓（v）;
cosφ-功率因數(shù)，一次風機為0.84，變頻器為0.98。
根據(jù)p= uicosφ可得出計算結果如表2所示。

　　表2 計算結果

　　根據(jù)表2可得出#1爐可節(jié)電能421.2kw?h。

　　以上只是利用電流的變化做一比較，在實際運用中各種運行工況的不同節(jié)能效果也不一樣。所以實際節(jié)能和估算的結果會有一定的出進，但從結果上看節(jié)能還是非常明顯的。

　　6 結束語

　　我廠#1爐變頻器自2005年安裝調試，2005年5月正式投進運行。在調試及運行中變頻器經(jīng)歷了多種方式的考驗，突破了變頻器與相關設備相匹配的各種難點，實踐證實高壓變頻裝置節(jié)能效果明顯，實現(xiàn)了電機的軟啟動，也減少了風道的振動�？傊畺|方日立（成都）電控設備有限公司生產(chǎn)的變頻器在#1爐風機系統(tǒng)中應用是很成功的。隨著變頻技術的發(fā)展作為大容量傳動的國產(chǎn)高壓變頻調速技術也得到了廣泛的應用，在電力行業(yè)對于很多高壓大功率的輔機設備推廣和采用變頻技術不僅可以取得相當明顯的節(jié)能效果，而且也得到了國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后更多行業(yè)節(jié)能技術的方向。目前很多行業(yè)越來越多的職員對此都形成廣泛的共叫。