1 引言
變頻調速裝置可以使電動裝置處於最佳執行狀態，大大提高執行效率，達到節能的目的。我國已對變頻調速技術進行了一定的研究，主要用於中、小型裝置上，如給煤機、給粉機、中、小型風機、水幫浦及其它領域等，並得到了廣泛的推廣和應用。目前高電壓大功率電動機的變頻調速裝置也在推廣之中。
我公司的2x300mw機組凝結水幫浦,通過技術改造,大膽使用了高壓變頻器,獲得了很好的經濟效益,並取得了一定的經驗。
2 變頻器節能原理
大家知道,非同步感應電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數p3個引數有如下關係:
n=60f(1-s)/p
改變其中任何乙個引數都可以實現轉速的改變。變頻器是通過改變電源頻率f的方式來改變電動機轉速的。在非同步感應電動機的設計製造完成後,轉速與頻率的線性關係既確定，如圖1所示:
圖1 變頻調速中轉速與頻率關係曲線
由於轉速n與頻率f之間為線性關係，從理論上分析調速範圍在0～100%內，線性度都很好,因此變頻調速是當今調速應用的生力軍，隨著科學技術的不斷發展, 高電壓大功率半導體器件的出現,高壓變頻器應運而生,使發電廠大型輔機的調速執行成為現實。從而省去由於閥門、擋板節流等帶來的功率損失，達到節能的目的,提高了發電企業的經濟效益。
對於水幫浦,由流體動力學理論可以知道，流量與轉速的一次方成正比;扭矩與轉速二次方成正比;而幫浦的功率則與轉速的三次方成正比。用n、n分別表示轉速和功率,腳標「0」均表示額定工況引數。當流量由額定值q0降至q時，與額定功率n0比較，採用轉速調節的電機的功耗為:
當流量由100%降到70%，則轉速相應降到70%，而電機的功耗降到34.3% n0，也就是節約電能65.7%。
扣除閥門調節時的功耗與額定功耗的差、轉速下降引起電機的效率下降等因素，節電效果也是非常顯著的。
3 凝結幫浦變頻改造方案
凝結幫浦是汽輪機熱力系統中的主要輔機裝置之一，它的作用是把凝汽器中的凝結水打入低壓加熱器加熱後送入除氧器內。由於凝結幫浦採用定速執行，出口流量只能由控制閥門調節，節流損失大、出口壓力高、管損嚴重、系統效率低，且經常發生洩漏，造成能源浪費。而且由於控制閥門為電動機械調整結構，線性度不好、調節品質差、自動投入率低;頻繁的開關調節，容易出現各種故障，使現場維護量增加，造成各種資源的浪費。
我公司300mw機組配備2臺100%容量的凝結水幫浦, 型號9ldtna4,額定流量841m3/h,揚程280m,轉速1480rpm,配用1000kw的非同步電動機,閥門調節。現增設高壓變頻器採用無級調速，功耗隨機組負荷變化而變化，進而提高裝置利用率，達到最佳經濟執行模式的目的。改造遵循「最小改動，最大可靠性，最優經濟性」的原則。
系統改造方案如圖2所示。
圖2 凝結幫浦變頻改造方案
從圖2方案看出:用1臺變頻器連線2臺電機，正常時變頻器拖動1臺凝幫浦變頻執行，另1臺工頻備用;當變頻器或執行的凝幫浦發生故障時，備用凝幫浦可以工頻執行，使用原來的調節方式，保證機組執行。
3.1 變頻改造方案的優缺點分析
充分利用變頻器和現有裝置，投資相對較少，既保留了原系統的控制操作方式不變，又保證了系統改造後緊急狀態下的工頻恢復執行，易於系統維護。缺點:系統接線較複雜;需增加高壓斷二次迴路需要增加閉鎖迴路;定期切換操作較繁瑣。
3.2 正常執行方式
正常時，比如＃51幫浦執行在變頻調速狀態下，電源通過＃50開關至變頻器，然後通過＃510輸出至＃51幫浦電機。此時＃52幫浦的＃52凝幫浦工頻開關處於備用狀態，各開關的邏輯關係如下:
(1) 工頻開關合閘條件:
(2) 變頻器出口開關的合閘條件:
3.3 一台幫浦發生故障情況的執行方式
當變頻控制的工作幫浦發生故障跳閘，或出力不足等故障時，另一台幫浦會自動工頻投入執行(與原自投方式一致)。將發生故障的幫浦處理好後，再按上述方式切換至變頻執行。在此之前備用幫浦只能工頻執行，不能調速。
相關控制迴路必須滿足下列邏輯:
3.4 定期切換的順序操作
(1) 合52凝幫浦工頻開關，工頻開啟＃52幫浦，調整負荷由52凝幫浦接待。
(2) 斷開510開關，合上51開關，＃51凝幫浦工頻執行，調整負荷由51凝幫浦接待。
(3) 斷開52開關，合上＃520開關將＃52幫浦接入變頻器，變頻控制開啟＃52幫浦。
(4) 調整＃52幫浦變頻執行接待全部負荷後，停＃51幫浦至備用，切換完成。
＃52幫浦切換到＃51幫浦，順序相同。
3.5 選用變頻器的選用
通過收資和調研，結合凝幫浦執行實際情況，決定採用國產引進型高壓變頻器，我們使用了北京利德華福的harsvert-a06/130高壓變頻器，具體引數如表1
表1 harsvert-a06/130高壓變頻器的主要引數
此高壓變頻器特點:
(1) 屬於電壓型高-高變頻器，不需要另外加設輸入、輸出變壓器，只要將變頻器輸入端直接接在6kv的電網上，輸出端直接接到6kv高壓電動機上，聯接簡單方便。
(2) 整流電路採用42相整流，逆變迴路採用獨特的單相多電平控制技術，從而構成了對電源和電動機都十分友好的雙完美系統:電源一側為完美無諧波輸入，電動機一側，輸出為完美的正弦波，直接聯接原有凝幫浦電動機，不需要增加諧波濾波器。
(3) 綜合執行效率高、功率因數高。由於採用了高壓整流二極體和高壓igbt功率單元，迴路使用的器件大為減少，可靠性提高，損耗減小，加之採用獨特的控制技術，變頻器綜合效率在97%以上。由於電源輸入側42相整流，功率因數超過0.
95。(4) 控制迴路採用高速微控制器、工控機和plc共同構成，實現多電平pwm控制和附加簡易向量運算功能的v/f控制，控制響應快、精度高。採用了光電隔離技術
4 使用變頻器的效益分析
(1)節約廠用電效果顯著
表2是部分執行資料，對本機改造前後的電流做乙個縱向比較，可以發現電流減小許多。
表3是某月的電能統計，做乙個同類機組的橫向比較，可以看出凝幫浦用電減少許多。
表3 某月的電能統計表
以每台機組年發電量15億千瓦時計算，使用變頻器可節約廠用電330 萬千瓦時，折合人民幣100萬元。
(2) 減少電機啟動時的電流衝擊
電機直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的7倍;星角啟動為4~.5倍;電機軟啟動器也要達到2.5倍。
觀察變頻器起動的負荷曲線，可以發現它啟動時基本沒有衝擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上公升，不管怎樣都不會超過額定電流。因此凝幫浦變頻執行解決了電機啟動時的大電流衝擊問題，消除了大啟動電流對電機、傳動系統和主機的衝擊應力，大大降低日常的維護保養費用。
(3) 延長裝置壽命
使用變頻器可使電機轉速變化沿凝幫浦的加減速特性曲線變化，沒有應力負載作用於軸承上，延長了軸承的壽命。同時有關資料說明，機械壽命與轉速的倒數成正比，降低凝幫浦轉速可成倍地提高凝幫浦壽命，凝幫浦使用費用自然就降低了。
(4) 降低噪音
我廠凝結水幫浦改用變頻器後，降低水幫浦轉速執行的同時，噪音將大幅度地降低，當轉速降低50%時，噪音可減少十幾個絕對分貝。同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲，克服了由於調門線性度不好，調節品質差，引起管道鎚擊和共振，造成給水系統上水管道強烈震動的缺陷，凝結水幫浦變頻執行後，噪音、振動都大為減少，變化相當可觀。
總之，大型汽輪發電機組凝幫浦推廣使用變頻調速器，可以大幅度降低廠用電率，減少發電成本，提高競價上網的競爭能力。
頻器基本引數在實際應用中的除錯
變頻器功能引數很多，一般都有數十甚至上百個引數供使用者選擇。實際應用中，沒必要對每一引數都進行設定和除錯，多數只要採用出廠設定值即可。但有些引數由於和實際使用情況有很大關係，且有的還相互關聯，因此要根據實際進行設定和除錯。
因各型別變頻器功能有差異，而相同功能引數的名稱也不一致，為敘述方便，本文以富士變頻器基本引數名稱為例。由於基本引數是各型別變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。
一加減速時間
加速時間就是輸出頻率從0上公升到最大頻率所需時間，減速時間是指從最大頻率下降到0所需時間。通常用頻率設定訊號上公升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上公升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。
加速時間設定要求：將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設定要點是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。
加減速時間可根據負載計算出來，但在除錯中常採取按負載和經驗先設定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然後將加減速設定時間逐漸縮短，以運轉中不發生報警為原則，重複操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。
二轉矩提公升
又叫轉矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低，而把低頻率範圍f/v增大的方法。設定為自動時，可使加速時的電壓自動提公升以補償起動轉矩，使電動機加速順利進行。如採用手動補償時，根據負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。
對於變轉矩負載，如選擇不當會出現低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現象，甚至還會出現電動機帶負載起動時電流大，而轉速上不去的現象。
三電子熱過載保護
本功能為保護電動機過熱而設定，它是變頻器內cpu根據運轉電流值和頻率計算出電動機的溫公升，從而進行過熱保護。本功能只適用於「一拖一」場合，而在「一拖多」時，則應在各台電動機上加裝熱繼電器。
電子熱保護設定值(%)電動機額定電流(a)/變頻器額定輸出電流(a)]×100%。
四頻率限制
即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定訊號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞裝置的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。
此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由於輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可採用變頻器驅動，並將變頻器上限頻率設定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機執行在乙個固定、較低的工作速度上。
五偏置頻率
有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬訊號(電壓或電流)進行設定時，可用此功能調整頻率設定訊號最低時輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當頻率設定訊號為0%時，偏差值可作用在0～fmax範圍內，有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對偏置極性進行設定。
如在除錯中當頻率設定訊號為0%時，變頻器輸出頻率不為0hz，而為xhz，則此時將偏置頻率設定為負的xhz即可使變頻器輸出頻率為0hz。
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