1　引言 　　 　　貴州省甕福礦肥基地是國家“八五”和“九五”期間建設的五個大型磷礦肥基地之一，目前擁有全國最大的磷礦山和磷肥廠。 　　 　　甕福礦肥基地由甕福磷礦和甕福磷肥廠兩個國家重點項目組成。甕福磷礦1990年11月開工，1995年建成。甕福磷肥廠1997年建設，1999年通過72h考核。從而形成250萬t/年磷礦石、210萬t/年磷精礦、80萬t/年重鈣、3萬kW余熱發(fā)電的生產能力，以及年吞吐能力345萬t的自備鐵路專線。 　　 　　甕福磷肥廠下設磷酸一銨分廠、磷酸二銨分廠、硫酸分廠、磷酸分廠、熱電分廠5個主生產單位和水處理分廠、動力分廠、機修分廠、儀修分廠、工程車隊5個輔助生產單位。而電機的變頻調速運行，是降低廠用電率、節(jié)電增效的有效措施及有效手段。#2爐電機調速用擋板調節(jié)，風道壓力損失嚴重，浪費大，通過變頻調速，實現(xiàn)了電機轉速連續(xù)無級調速，調速范圍寬，調節(jié)精度高，效率高,實現(xiàn)了電機的軟啟動，減少了啟動沖擊及設備磨損。另外變頻裝置安裝較方便，只需在原斷路器與電機之間串聯(lián)變頻裝置即可，無需對負載和電機做任何改動;正常運行后，可靠性高，基本上無維護量。通過對引風機進行變頻改造而達到節(jié)能增效，無疑是必要的。熱電廠總共有三臺鍋爐拖動三臺風機，其中一臺常年運行，余下兩臺分別用兩臺變頻器拖動，其中一臺為哈爾濱九洲電氣的PowerSmartTMM高壓變頻器產品。 　　 2　高壓變頻裝置原理及特點 　　 　　變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列變頻裝置由18個功率單元構成，每6個功率單元串聯(lián)構成一相，如圖1所示。 　　 圖1　6kV系列變頻裝置原理圖 　　功率單元的電路結構及原理:每個功率單元由、整流、濾波、逆變、旁通、驅動、保護、模擬量采集、PWM形成等電路組成。 　　輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數(shù)接近于1。 　　 　　另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規(guī)低壓變頻器。 　　 　　輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造;同時，電機的諧波損耗也大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。 　　由于應用了先進的電力電子技術、計算機控制技術、現(xiàn)代通信技術和高壓電氣、電機拖動等綜合性領域的學科技術，因此變頻調速具有其它調速方式無法比擬的優(yōu)點: 　　 　?。?）變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面，調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓、電流、頻率、電機轉速等，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài); 　　 　?。?）精確的頻率分辨率和高的調速精度，完全可以滿足各種生產工藝工況的要求; 　　 　　（3）高壓變頻器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表相連，并可與原設備控制回路相連接，構成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據交換和連鎖控制等; 　　 　　（4）具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能; 　　 　　（5）具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠; 　　 　?。?）電機可實現(xiàn)軟啟動、軟制動，啟動電流小，小于電機的額定電流，電機啟動時間可連續(xù)可調，減少了對電網影響; 　　 　?。?）減少配件的損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產效率。 　　 3　變頻器改造方案簡介 　　 　　表1　熱電廠#2爐電機及引風機的參數(shù)表 　　 　　甕福熱電廠#2爐引風機是兩臺雙側布置，目前其引風機的出力調節(jié)由人工調節(jié)擋板來實現(xiàn)。由于引風機設計時冗余功率較大，加上風量控制采用檔風板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機組的經濟運行。表1為熱電廠#2爐電機及引風機的參數(shù)表。 　　根據電機的參數(shù)以及現(xiàn)場工況和運行的經驗，最終確定#2爐引風機的電機配套變頻器選用型號為九洲電氣的PowerSmart10000-1A/063，變頻器額定電流為60A，同電機額定容量匹配，完全滿足現(xiàn)場負載運行的要求。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，同時為變頻器加裝如圖2所示的工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3組成。要求QS2不能與QS3同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開;工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。 　　 　　為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6kV開關QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動. 　　 　　變頻調速由安裝在鍋爐操作臺上的啟動、停機、轉速調整開關進行遠程控制，并可同DCS系統(tǒng)接口，通過DCS實現(xiàn)變頻器的調速控制，變頻調速裝置還提供報警指示、故障指示、待機狀態(tài)、運行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分斷等保護信息以及轉速給定值和風機實際轉速值等必要指示，以便操作人員進行操作控制。 　　 　　九洲公司開發(fā)了GPRS監(jiān)控功能,可以對高壓變頻在現(xiàn)場運行的情況及其數(shù)據進行監(jiān)控,如有問題,可以最快捷地做出解決方案,將損失降到最低,并可以使公司和用戶方面進行雙向溝通，以便使變頻器更加長期有效的運行。 　　 圖2　高壓變頻器旁路系統(tǒng)圖 　　 4　變頻器節(jié)能原理 　　 　　異步電動機的轉速n與頻率f、電動機轉差率s、電動機磁極對數(shù)p有如下關系，即: 　　n=60f（1-s）/p 　　根據相似理論有: 　　Q/Q0=n/n0 　　M/M0=（n/n0）2 　　N/N0=（n/n0）3 　　注:n、Q、M、N為調節(jié)變化的轉速、流量、轉矩、功率，n0、Q0、M0、N0為額定轉速、流量、轉矩、功率。 　　風機消耗的功率是和其轉速的三次方成正比的，可見通過風機轉速的節(jié)能效果是十分顯著的。 　　由電機的轉速公式可知:改變其中任何一個參數(shù)都可以實現(xiàn)轉速的改變，變頻器是通改變電源頻率f的方式來改變電動機轉速的。在異步感應電動機的設計制造完成后,轉速與頻率的線性關系既確定，如圖3所示: 　　 圖3　電機的供電頻率和轉速的關系曲線 　　 　　由于轉速n與頻率f之間為線性關系，從理論上分析調速范圍在0～100%內，線性度都很好,因此變頻調速是當今調速應用的主力軍.隨著科學技術的不斷發(fā)展,高電壓大功率半導體器件的出現(xiàn),高壓變頻器應運而生,使發(fā)電廠大型輔機的調速運行成為現(xiàn)實.從而省去由于閥門、擋板節(jié)流等帶來的功率損失，達到節(jié)能的目的,提高了發(fā)電企業(yè)的經濟效益。 　　 5　變頻節(jié)能效果計算 　　變頻器在正常帶負荷運行72h后,為了方便的對設備的節(jié)能效果進行分析,筆者進行了一周的設備運行記錄,2006年2,3,8月份2#鍋爐引風機參數(shù)如表2所示。 　　 　　在變頻器改造以前，根據統(tǒng)計情況，鍋爐引風機的運行工頻電流在30A左右，通過變頻器調節(jié)裝置改造后，目前在鍋爐相同運行情況下，鍋爐引風機在變頻后的電流為10—17A左右，平均降低電流達到10—11A。根據計算，平均節(jié)電80kW.h/h，考慮裝置自耗電及將來空調用電16kW.h/h，總體節(jié)電可達到65kW.h/h，節(jié)電率達到35%，年節(jié)電可達40萬元，經濟效益相當顯著。因此，鍋爐引風機高壓變頻器節(jié)能技術改造項目是相當成功的。 　　 6　結束語 　　 　　高壓變頻調速控制作為一種新型的調速方法，其性能優(yōu)于其它調速方式，是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。甕福熱電廠的變頻改造工程促進了企業(yè)經濟效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調節(jié)的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運行人員的認可。 　　 　　隨著電力體制改革的推進和競價上網新格局的形成、深化，甕福磷肥廠還將在未來的新興項目等輔助設備進行變頻改造，勢必將優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件，早日實現(xiàn)成為中國節(jié)能大廠的宏大目標。