摘要：空冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)變頻器的應(yīng)用環(huán)境及性能要求較為苛刻，能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到電廠能否正常發(fā)電，因此空冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)通常采用進(jìn)口品牌變頻器。本文主要介紹合康HID300A系列變頻器在鄂爾多斯某電力公司空冷系統(tǒng)上的應(yīng)用，不僅操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定，還在使用中達(dá)到了具有顯著的節(jié)能效果。合康變頻HID300A系列在空冷系統(tǒng)上的成功應(yīng)用，對(duì)于打破國(guó)外品牌在此行業(yè)的壟斷地位，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：合康變頻 空冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng) HID300A 節(jié)能

一、項(xiàng)目背景

發(fā)電站直接空冷系統(tǒng)（空冷島），由于具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水等主要特點(diǎn)，電站空冷技術(shù)特別是直冷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外火力發(fā)電廠的建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。鄂爾多斯某電力公司為增建一臺(tái)60MW機(jī)組作為背壓機(jī)組的后置機(jī)，采用東方汽輪機(jī)有限公司低壓中溫直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。本期工程有1臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)空冷機(jī)組配置12臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置1臺(tái)變頻器。變頻器額定功率：風(fēng)機(jī)泵類160kW。

客戶經(jīng)多方面考察試驗(yàn)后，選擇了合康HID300A系列變頻器。由于空冷風(fēng)機(jī)是按照裝置的最大處理量和最高月平均溫度計(jì)算設(shè)計(jì)，在不同的季節(jié)、不同的處理量的情況下，所需的風(fēng)量相差很大。采用合康HID300A系列變頻控制后，可根據(jù)不同氣候條件改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，空冷風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可隨處理量、原油性質(zhì)及氣溫的變化而變化，從而減少了能源的浪費(fèi)。當(dāng)所需風(fēng)量比較少時(shí)，變頻器在滿足機(jī)組正常工況需求的情形下，使電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，減少噪音及對(duì)機(jī)械的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命并降低維修費(fèi)用。

     圖1空冷機(jī)組                          圖2合康變頻調(diào)速控制統(tǒng)

二、空冷風(fēng)機(jī)變頻柜的選型要求

現(xiàn)場(chǎng)空冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)變頻柜的選型有以下要求：

1、空冷變頻器及變頻器電源開(kāi)關(guān)采用組柜方式（單柜單回路），柜體采用固定安裝結(jié)構(gòu)，下出線方式。變頻柜主電源采用與進(jìn)線柜母排連接方式，防護(hù)等級(jí)不低于IP42。

2、每臺(tái)柜內(nèi)主控制回路至少應(yīng)包括：進(jìn)線刀熔開(kāi)關(guān)或塑殼斷路器、直流電抗器、輸入濾波器、變頻器、輸出電抗器等；其他控制回路根據(jù)控制要求配置變壓器及所有提供必要功能的電氣設(shè)備，包括變頻器及所有安裝在控制柜內(nèi)所需的設(shè)備。變頻器應(yīng)配通信接口（通訊協(xié)議為ModbusRS485）。為了變頻系統(tǒng)的散熱考慮，所用輸出電抗器必須安裝在變頻器外或選用一體型式，使電廠各級(jí)母線電壓上的諧波分量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3、變頻器將完成整個(gè)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行，頻率范圍在旋轉(zhuǎn)速度的0 %～110 %之內(nèi)。并考慮由電纜、濾波器以及變頻器放置于變頻器柜內(nèi)的降容等導(dǎo)致的功率損失。

4、變頻器必需能夠?qū)D(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)（雙向重啟動(dòng)）。

5、變頻器安裝于變頻器柜內(nèi)，在變頻器殼體的前門(mén)要安裝一個(gè)按鍵界面（控制板），以便通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的操作以及對(duì)AC驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)器校正等。

6、控制柜的設(shè)計(jì)要考慮由功率損失引起的冷卻和散熱要求。氣流不得被內(nèi)置的裝置阻隔。在柜頂上安裝風(fēng)扇，變換器區(qū)域的空氣入口必須滿足設(shè)計(jì)環(huán)境要求。

三、系統(tǒng)控制原理

3.1直接空冷系統(tǒng)工作方式

直接空冷系統(tǒng)是指汽輪機(jī)的排汽直接用空氣來(lái)冷凝，空氣與蒸汽間進(jìn)行熱交換。所需冷卻空氣，通常由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)。直接空冷系統(tǒng)所用的空冷凝汽器是由外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形翅片的若干個(gè)管束組成。汽輪機(jī)排汽通過(guò)粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器，在換熱的過(guò)程中，利用散熱器翅片管外側(cè)流過(guò)的冷空氣，將凝汽器中從處于真空狀態(tài)下的汽輪機(jī)排出的熱介質(zhì)飽和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝結(jié)水經(jīng)處理后送回鍋爐。

根據(jù)凝結(jié)水和蒸汽的流動(dòng)方向，直接空冷系統(tǒng)可以分為順流式、逆流式、順逆混合式三種工作方式。順流式是指汽輪機(jī)排汽沿配氣管由上而下進(jìn)入空冷凝汽器，冷凝后的凝結(jié)水的流動(dòng)方向與蒸汽流動(dòng)方向相同。反方向流動(dòng)的便是逆流式。在直接空冷系統(tǒng)中，既要提供傳熱性能，又需放置凝結(jié)水凍結(jié)，空冷凝汽器基本都采用順逆流聯(lián)合方式。

3.2空冷風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)

本項(xiàng)目直接空冷系統(tǒng)采用順流為主、逆流為輔的方式，其中8臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)為順流式啟動(dòng)，4臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)為逆流式啟動(dòng)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先逆流風(fēng)機(jī)先啟動(dòng)，隨著蒸汽流量的增加，背壓升高，逆流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加。當(dāng)無(wú)法滿足要求時(shí)，距離進(jìn)氣口較遠(yuǎn)的順流單元被啟動(dòng)，依次類推，以保證各個(gè)管束內(nèi)充滿蒸汽，且空氣集聚在逆流管束頂部，避免凍管。

空冷控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定了汽輪機(jī)背壓的設(shè)置值，通過(guò)處理后的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而發(fā)出指令，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及人為決定開(kāi)啟或者關(guān)閉配汽管道上的蒸汽隔離閥，使冷卻空氣的流量與運(yùn)行條件相協(xié)調(diào)，將汽輪機(jī)排汽壓力保持恒定。背壓實(shí)際測(cè)量值高于設(shè)定值，則提高在運(yùn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或啟動(dòng)更多的風(fēng)機(jī)，背壓實(shí)際測(cè)量值低于設(shè)定值，則降低在運(yùn)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或停轉(zhuǎn)部分風(fēng)機(jī)。12臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的蒸汽壓力及溫度等進(jìn)行DCS集中控制。

變頻柜內(nèi)每臺(tái)變頻器都獨(dú)立受控，具有遠(yuǎn)程、就地兩種控制方式。當(dāng)在就地工作狀態(tài)時(shí)，可以在變頻柜面板上手動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)，并對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制以及設(shè)定變頻器的參數(shù)。當(dāng)在遠(yuǎn)程工作狀態(tài)時(shí)，變頻器投入運(yùn)行，通過(guò)空冷機(jī)組DCS控制室可以自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的最佳運(yùn)行狀態(tài)?？绽錂C(jī)組DCS控制室輸出頻率控制信號(hào)對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，變頻控制柜反饋電流和頻率信號(hào)送入DCS控制室。變頻器柜有通訊管理單元，能通過(guò)總線將各回路開(kāi)關(guān)狀態(tài)、變頻器狀態(tài)等信號(hào)經(jīng)串行接口（RS485）送出的所有數(shù)據(jù)匯總。

圖3逆流風(fēng)機(jī)變頻控制主回路圖

風(fēng)機(jī)電機(jī)加熱器、齒輪箱油加熱器饋電由變頻柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并且可在DCS內(nèi)實(shí)現(xiàn)成組及單回路自動(dòng)投入。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中減速機(jī)油壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)會(huì)給出一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)給控制系統(tǒng)來(lái)報(bào)警，此時(shí)控制系統(tǒng)必須停止此臺(tái)變頻柜的運(yùn)行，以充分保護(hù)減速機(jī)不在潤(rùn)滑不理想的條件下工作。如圖：

圖4逆流風(fēng)機(jī)部分控制圖

3.3合康變頻HID300A系列的性能優(yōu)勢(shì)

合康HID300A系列變頻器具有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升、自動(dòng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓、轉(zhuǎn)速追蹤啟動(dòng)功能、加速時(shí)過(guò)電流抑制、恒速時(shí)過(guò)電流降頻功能、減速時(shí)過(guò)電壓抑制、自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行等功能。特別是AVR自動(dòng)穩(wěn)壓功能，在電網(wǎng)波動(dòng)下，能夠輸出恒定的電壓。負(fù)載在劇烈波動(dòng)下仍能正常運(yùn)行。

（1）獨(dú)特的轉(zhuǎn)速追蹤功能

HID300A系列無(wú)需專用的硬件檢測(cè)電路和專用功能碼設(shè)定，額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，變頻器在0.2s內(nèi)完成電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和相位角的辨識(shí)，并對(duì)自由旋轉(zhuǎn)的電機(jī)平滑跟蹤啟動(dòng)，并能平穩(wěn)運(yùn)行，解決一些高慣性負(fù)載。在空冷系統(tǒng)中有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)異常停機(jī)，由于風(fēng)機(jī)慣量還很大，風(fēng)機(jī)仍高速運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器器擁有的轉(zhuǎn)速追蹤功能，能實(shí)現(xiàn)快速飛車啟動(dòng)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖5 HID300A變頻器轉(zhuǎn)速追蹤功能

（2）獨(dú)特的瞬時(shí)掉電處理方式——瞬停不停功能

圖6 HID300A變頻器瞬停不停示意圖

電廠大型設(shè)備眾多，時(shí)常啟停，由于啟動(dòng)瞬間電流很大，網(wǎng)線壓降急劇升高，很容易瞬間拉低電網(wǎng)電壓，造成變頻器欠壓停機(jī)。此功能保證瞬時(shí)停電時(shí)變頻器不會(huì)停機(jī)。在瞬間停電或電壓突然降低的情況下，變頻器降低輸出速度，通過(guò)負(fù)載回饋能量補(bǔ)償電壓，以維持變頻器短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行。

（3）獨(dú)特的風(fēng)道設(shè)計(jì)

空冷島變頻控制是群機(jī)工作方式，設(shè)備集中布局加之外界環(huán)境溫差對(duì)變頻器適應(yīng)能力提出了很高的要求。柜體內(nèi)的HID300A系列變頻器采用獨(dú)立風(fēng)道設(shè)計(jì)，內(nèi)部電路也采用獨(dú)立風(fēng)扇散熱，提高了產(chǎn)品的散熱效果，彌補(bǔ)了一些品牌內(nèi)部電路與模塊散熱器共用散熱通道的缺陷，大大減少了灰塵、雜物進(jìn)入變頻器內(nèi)部。散熱器和風(fēng)扇可單獨(dú)進(jìn)行清理和維護(hù)，提高了產(chǎn)品使用壽命。

（4）采用自主研發(fā)的電抗器

由于變頻器整流過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高頻諧波和進(jìn)線電源的網(wǎng)側(cè)諧波，因此變頻柜配備濾波器、進(jìn)線電抗器，有效抑制諧波對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的影響?，F(xiàn)場(chǎng)的電氣室距離風(fēng)機(jī)較遠(yuǎn)，電機(jī)電纜線200米，變頻器的輸出電流除了流入電機(jī)負(fù)載外，還有一部分流入到電纜的分布電容，因此在運(yùn)行時(shí)，過(guò)長(zhǎng)的動(dòng)力電纜會(huì)增加變頻器的電流負(fù)擔(dān)，甚至?xí)鹱冾l器的過(guò)電流故障，所以變頻器電機(jī)側(cè)必需配置輸出電抗器。HID300A系列變頻器配置的交直流電抗器均為自主研發(fā)，針對(duì)變頻器產(chǎn)生的各類諧波分析而量身定制，完美地抑制了大部分的諧波分量，而且性能優(yōu)良，做工精湛，可靠性強(qiáng)。

3.4功能參數(shù)設(shè)置及說(shuō)明：

四、合康變頻HID300A系列在空冷島應(yīng)用上的節(jié)能分析

由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（風(fēng)量）× H（壓力），風(fēng)量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速n一次方成正比，即Q∝n；風(fēng)壓H與電機(jī)轉(zhuǎn)速n二次方成正比， 即P∝n²。功率P與電機(jī)轉(zhuǎn)速n三次方成正比，即P∝n³。變頻器降速以后，電機(jī)輸出功率成立方比降低。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)如下：

按節(jié)電率15%~25%左右計(jì)算，全年用電度數(shù)計(jì)算：380V（電壓）×280A（電流）×0.87(功率因數(shù)) ×24(小時(shí))×1.732×330(年工作天數(shù))= 1269796（kW·h）；電費(fèi)按每kW·h 0.40元計(jì)算：1269796×0.40=507918元。12臺(tái)一共耗電：507918×12=6095020元。

2、與傳統(tǒng)的依靠調(diào)節(jié)擋風(fēng)板或控制閥門(mén)開(kāi)啟度的方式來(lái)調(diào)節(jié)氣體流量、壓力、溫度相比，使用HID300A系列變頻器操作簡(jiǎn)單、功能齊全、穩(wěn)定可靠性高，不僅降低了現(xiàn)場(chǎng)人為操作引起的異常，還能為企業(yè)節(jié)約電能，提高經(jīng)濟(jì)效益。

五、應(yīng)用效果

1、由于現(xiàn)場(chǎng)供電環(huán)境不穩(wěn)，供電電源經(jīng)常出現(xiàn)瞬時(shí)中斷，使用變頻器瞬停不停功能后，運(yùn)行穩(wěn)定，得到客戶的極大認(rèn)可。

六、結(jié)束語(yǔ)

空冷風(fēng)機(jī)電機(jī)采用合康變頻HID300A系列控制，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況需求改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了設(shè)備磨損，節(jié)能效果顯著。內(nèi)置的各種保護(hù)功能，保證設(shè)備安全正常運(yùn)行。實(shí)踐證明，合康變頻HID300A系列具有優(yōu)異的調(diào)速性能和良好的節(jié)能價(jià)值，值得在空冷系統(tǒng)中廣泛推廣使用。