摘 要：介紹高壓變頻器與其它節能產品的工作原理及區別，SH-HVF型高壓變頻器的技術特點及其在CFB機組一次風機中的應用、現場問題處理辦法和節能效果，供有關單位和工程技術人員參考。

關鍵詞：高壓變頻器  高壓斬波內饋  功率控制  一次風機  節能 

      徐州某電廠135MW機組（廠內編號#4、5機組）采用的是WGF440/13.7-1型超溫超高壓、一次中間再熱、自然循環、平衡通風、循環流化床（CFB）鍋爐，每臺機組配置兩臺一次風機，其風機與拖動電機采用連軸器聯結，即未有任何節能措施，因而對一次風量的調節只能采入口葉片調節的方式實現。風機風門的開度常年工作在25%~42%之間，這導致風機運行效率較低，因此提高風機的運行效率，對節能降耗有著重要的作用。

一、變頻技術與其它調速節能技術的比較

      根據交流異步電動機的轉速公式 ：

      試中：f——電源頻率（Hz）；p——電機的極對數；s——轉差率

      由此可見，交流異步電動機的基本調速方法有三種：改變電機的極對數p、轉差率s及電源頻率f。為滿足現場運行參數（流量、壓力、轉速等）的需要，除了傳統的齒輪調速及液耦調速裝置外，并針對不同的調速原理，從電機學的角度，目前市場上也推出了不同的調速裝置：1）變極電機；2）高壓斬波內潰調速裝置；3）高壓變頻調速裝置；4）電磁調速裝置。所有這些調速方法，在工業上均得到了不同程度的應用。但因為節能降耗的客觀要求，其中對節能降耗有重大意義的高壓變頻和斬波內潰裝置近年來獲得了長足的發展，其技術不斷完善，節能效果也相當顯著。拒統計，如果以調速傳動代替原有的恒速傳動，通過改變轉速來調節流量和壓力，取代傳統的用風擋板和閥門調節的方法，平均可節約電力30%左右，估計全國全年可節電數百億度。根據目前市場上的應用普極程度及發展潛力，本文僅對高壓變頻及高壓斬波內潰兩種調速原理進行分析比較。

      1、高壓變頻調速節能原理

      高壓變頻器是在低壓變頻器已成功應用的基礎上發展起來的，從功率控制角度來講，高壓變頻調速是典型的控制定子電磁功率從而間接控制轉子電磁功率的調速的調速，進而實現了異步機機械功率控制，達到調節轉速的目的。其功率控制原理如圖1所示。

圖1 變頻調速的功率控制原理

      一言以概之，高壓變頻器的節能原理就是：改變風機的轉速來實現對風機的風量調節。根據風機相似理論：

      式中：Q—風機流量； H—風機全壓；n—轉速；P— 軸功率。

      風量Q與電機轉速n成正比，Q∝n；風壓H與電機轉速n的平方成正比，H∝n²；軸功率P與電機轉速n的立方成正比，P∝n³。 可見電機轉速對其軸功率的影響是相當大的。

      傳統上對風機風量的調節，是通過改變管網特性即改變風門開度來實現，風機保持恒轉速運轉，通過調速風機檔板的開度，管網的特性參數將發生變化，輸出流量發生變化，這樣就達到了在定速運行時調節風機輸出流量的目標。因為在工程建設過程中，風機及其電機的選型要考慮到最大出力并留有一定的裕度，因而運行中風機的實際出力比起設計值來說偏小很多，調節風門的開度一般都小于40%，從而在檔板上消耗了大量的無效軸功率，極大地降低了風機的轉換效率，浪費了大量的能源。

      高壓變頻器則是通過改變風機的轉速來實現對風機的風量調節從而達到節能的目標，這種方法不必對風機及其電機本身進行改造，轉速由外部調節，風機檔板可處于全開位置保持不變，并能實現無級線性調節風量，完全消除風機擋板造成的節流損失。

      2、高壓斬波內潰調速的節能原理

所謂內饋調速是一種將調速電機的部分轉子功率（即電轉差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機內部的調節繞組的特殊調速方式，是轉子電磁功率控制的調速。其功率控制原理如圖2所示。

圖2 內饋調速的功率控制原理

      根據電機調速的P理論，內饋調速的實質在于將轉子的部分電磁功率移出，使余下的轉子功率轉化為機械功率，因此移出的功率越多，轉化的機械功率越少，電機轉速則越低。因此，改變移出功率的多少，即可控制機械功率大小，電機轉速便得以調節。當反饋繞組功率為零時，機械功率幾乎和轉子功率相等，電機轉速最高。

      斬波實際是變流主電路的數字控制，從而使內饋調速擺脫了移相控制的束縛，形成斬波+內饋的優化組合。

      高壓變頻調速與斬波內饋調速最大的不同在于高壓變頻是立足于電機定子的功率控制，而斬波內饋調速則是立足于轉子的功率控制。因此，高壓變頻最大的優勢是適用于鼠籠型與繞線型異步機，而斬波內饋則僅適用于繞線型異步機。  

二、設備主要技術規范

  1、一次風機參數

   2、一次風機電機參數

   3、一次風機高壓變頻器參數

 三、SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻裝置介紹

      SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻器由湖北三環發展股份有限公司研制生產，該產品是采用直接高高變換方式，多電平串聯倍壓技術方案，優化的PWM控制算法，從而實現優質的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出的電壓型變頻器。通過對該型產品在該公司的兩臺一次風機上的節能效果測試，節能效果顯著，是理想的節能裝置。

      與同類產品相比，該產品除了滿足當前高壓變頻器行業標準外，還具有以下技術特點：

      1、機械旁路設計（國內唯一）

      為了保證變頻器和現場設備的正常運行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機械旁路功能，當單元故障時，可在線實時自動將輸出清除并同時觸發旁路單元將其旁路，不需重新啟動，不影響整個系統的正常工作，整個系統由原來的串聯可靠性結構變成為并聯可靠性結構。見圖3

圖3 功率單元機械旁路示意圖

      傳統的功率單元電子式旁路設計采用晶體管方式，其設計與功率單元采用一體化設計，其電子旁路能否動作取決于功率單元的故障狀態；而該產品功率單元機械式旁路采用機械式接觸器方式，并且專門為其設計了一套功率單元旁路控制系統，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴重，旁路系統均能正確安全的旁路。

      變頻裝置功率單元采用冗余設計，每相1單元故障旁路后仍能不停機連續額定運行，每相2單元故障旁路后輸出額定功率的76％。當故障單元數大于6后跳機處理，通過自動工頻旁路柜切換至外部工頻運行。當故障排除后，具備由工頻運行方式切換到變頻運行方式的功能。

      2、冗余單元設計

      根據現場需要，用戶可采用一單元冗余配置方案，從而可以滿足運行中最多三單元故障時，變頻器仍可以50Hz,6KV輸出，保證輔機出力不降低。

      3、無諧波設計

      采用多電平技術，通過多重疊加來降低諧波幅度和提高諧波次數，使諧波遠小于國家要求。純凈的無諧波輸入對電網不存在任何干擾； 保護各類電子設備免受諧波干擾；讓用戶無需考慮昂貴的諧波濾波器及由電網參數變化帶來的相關的諧振問題。SH-HVF無諧波系列變頻器能滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93對電壓失真最嚴格的要求，完全符合供電部門最嚴格的要求。

      4、線電壓均衡技術

      變頻器某相有單元故障后，為了使電壓平衡，傳統的方法是使另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓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前提下保證最大的線電壓均衡輸出。因而常規方式該情況只能輸出60%的電壓，采用此技術后可以輸出80%。

四、項目實際節能測試

      因CFB鍋爐一次風機風量隨發電量的變化幅度不是很大，故將一次風機進行工/變頻分別運行72小時，錄取電度表讀數，可以直觀地看出變頻器的節能效果。

      電表倍率：2400

五、高壓變頻器的應用意義

      1、直接收益：節能降耗，兩臺高壓變頻器年節電約370萬kwh，投資回收期小于1.5年。

      2、間接效益：

      （1）變頻改造后，實現電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。

      （2）電機以及負載轉速下降，系統效率得到提高，取得節能效果。大大減少了對設備的維護量，節約了人力物力資源。

      （3）由于電機以及負載采用轉速調節后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長設備使用壽命。

      （4）功率因數由原來的0.918左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數補償裝置，而且減少了線路損耗。

      （5）廠房設備噪聲污染將降低。

      （6）能提高整個系統的自動化水平和工藝水平。

      （7）節能減排，減少了溫室氣體的排放，保護了環境。

      （8）負載改變頻后，由于變頻器采用單元串聯移相技術，因此在理論上可以消除35次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網側電壓諧波總含量可以控制在2％以內，電流諧波總含量小于2％。延長了電機的使用壽命。

      （9）變頻輸出采用PWM技術控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于1％，上述指標均滿足IEEE-519國際電能質量諧波標準要求，延長了電機的使用壽命。

七、結束語

      隨著電力行業改革的不斷深化，廠網分開、競價上網等政策的不斷實施，降低廠用電率，降低發電成本提高電價的競爭力，成為各火力發電廠追求的目標，也為交流變頻調速技術的推廣應用提供了廣闊的空間，湖北三環發展股份有限公司研發生產的SH-HVF系列高壓變頻器運行穩定，其獨特的機械旁路、單元冗余設計及線電壓均衡技術更符合國內生產企業的要求，相信在當前高壓變頻器百家爭雄的時代，會有所建樹。