高寶用

（萬華化學股份有限公司，山東煙臺264006）

0 引言

隨著我國社會經濟的高速發(fā)展，高壓變頻器在我國水泥、礦山、石化、電力等相關行業(yè)有了大量的應用，其所實現(xiàn)的軟啟動節(jié)能、變頻節(jié)能等相關功能，有力提升和促進了電力生產節(jié)能降耗活動的能力和水平。對于發(fā)電廠來說，耗能設備主要包括風機、泵等，這些設備的耗電量占比過去一直高達70%以上，非常需要高壓變頻器來進行優(yōu)化和提升。盡管現(xiàn)階段我國電廠應用高壓變頻器來降低能耗已處于現(xiàn)實應用階段，積累了相對豐富的經驗，然而，需要注意的是，相關技術還存在優(yōu)化和提升的空間，在現(xiàn)實應用過程中還表現(xiàn)出各種各樣的問題，所以，研究高壓變頻器應用過程中的常見問題就有著重要的理論意義和現(xiàn)實指導意義。

1 高壓變頻器在電廠的應用

1.1 節(jié)能降耗

在電動機的泵、風機等相關設備上采用高壓變頻器，較之過去所采用的節(jié)流擋板、液力耦合器等方式來說，表現(xiàn)出非常明顯的節(jié)能降耗效果。以風機為例，較之過去所采用的風門調節(jié)方式和擋板調節(jié)方式來說，高壓變頻調節(jié)能夠實現(xiàn)的節(jié)能降耗水平在30%～50%；而就水泵來說，如果采取高壓變頻調節(jié)，通常情況下其節(jié)能水平可達到20%～30%。

科學合理地應用高壓變頻器，可在大幅降低發(fā)電廠廠用電率的同時明顯提升經濟指標。顯然，在市場經濟體系下，指標更為優(yōu)秀的發(fā)電機組擁有更強的市場競爭力，可以幫助企業(yè)追求更高的經濟效益。

1.2 提升系統(tǒng)穩(wěn)定性

通常情況下，高壓變頻器都是靠近設備就地安裝，且由于高壓變頻器都存在著大容量的電容器，從而減少了電動機系統(tǒng)的無功需求，這就在減少線路損耗、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，有效提升了系統(tǒng)的電能質量。

1.3 削弱系統(tǒng)沖擊

在政府政策的大力引導、相關技術進步的影響下，我國陸續(xù)投產了大量參數(shù)性能優(yōu)秀、容量高的發(fā)電機組，所配套上馬的循環(huán)水泵、給水泵、凝結水泵、一次風機、引風機等主要輔機，所配置的高壓電動機容量也持續(xù)提升。在現(xiàn)實生產過程中，它們的啟動電流倍數(shù)相對較大，若采取直接工頻啟動的方式，有可能會造成電網電壓瞬時大幅波動情況的出現(xiàn)，導致嚴重的后果。但如果采用了高壓變頻器，就能夠很好地解決這些問題，削弱大電流對電動機、電纜和開關所造成的沖擊。同時，利用平滑加速啟動方式，還能夠有效地避免對水泵、風機葉輪、軸承等所造成的機械沖擊，延長設備的使用年限。

1.4 降低設備故障概率

現(xiàn)實研究表明，設備的過電流、過電壓、電動力沖擊、發(fā)熱、磨損和振動是導致調節(jié)擋板、電動機、水泵、風機等出現(xiàn)故障的最為主要的原因；就軸承的使用年限來說，同機械轉速有著直接的關聯(lián)。因為現(xiàn)階段機組負荷率相對較低，如果對低工況狀態(tài)下的設備采用變頻調節(jié)方式，可有效減少噪音、振動和設備磨損情況的出現(xiàn)，延長設備的使用年限，降低維護工作所帶來的成本費用。

2 高壓變頻器在現(xiàn)實應用中的常見問題及相關解決對策

筆者將在下文結合現(xiàn)實案例分析高壓變頻器應用過程中的常見問題，并有針對性地提出相應的解決方案。

某廠所使用的引風機電機功率為2 000 kW，額定電流為236 A，額定電壓為6 kV，采用了東方日立公司的高壓變頻器，調頻變速系統(tǒng)采用的是一拖一的方式。

2.1 變頻器控制電源

由于變頻器主控系統(tǒng)穩(wěn)定性水平直接影響和決定了高壓變頻器的運行穩(wěn)定性，因此，變頻器主控電源能否可靠穩(wěn)定運行就具有至關重要的意義。就該廠的變頻器控制電源來說，主要是為PLC、光纖通信板、I/O接口板以及主控板供電，采取的是雙路供電方式，即交流+直流的方式，控制電源接線方式如圖1所示。

通過圖1能夠看出，盡管采用了雙路供電方式作為電源輸入，然而在逆變器之后，對于負載的供電仍然還是單路方式。對于電源模塊、UPS、電源逆變器等設備來說，內部有著非常繁多的元器件，所以供電可靠性實質還是停留在相對較低的水平。在現(xiàn)實運行中，就曾由于UPS的問題影響了發(fā)電機組的正常運行。

解決方案：針對上述問題，為有效提升供電安全性與可靠性，對供電回路進行了針對性的改造，具體如圖2所示。將24 V直流電源作為PLC的工作電源，通過雙電源模塊和雙路供電方式對PLC、光纖通信板、主控板等進行供電，即便出現(xiàn)一路電源故障或者是元器件故障，相關設備和板件仍能保持正常供電。

圖2 優(yōu)化后的變頻器控制電源供電系統(tǒng)

2.2 變頻與工頻切換

筆者認為，必須重點關注的問題包括：

（1）電動機殘壓問題、變頻器電壓與母線電壓同期問題。

（2）切換狀態(tài)下，能否保證生產活動正常有序地進行。

（3）變頻器出現(xiàn)重大故障必須倒換到工頻運行狀態(tài)下時，因為現(xiàn)階段變頻器還無法對切換原因進行智能分析，若是出現(xiàn)電動機故障，切換之后勢必會對電動機再次造成不必要的故障沖擊。

結合上文所述案例，對于問題（1），首先把高壓變頻器的輸入、輸出開關做跳閘處理，接著再延時合上旁路開關?，F(xiàn)實數(shù)據(jù)表明，電動機殘壓要想衰減至40%的水平通常需要1.5 s左右的時間，這樣才能實現(xiàn)較為安全的切換。對于問題（2），實際運行表明，切換后爐膛壓力可以達到相關要求，實現(xiàn)安全切換。對于問題（3），筆者的觀點是，是否采用變頻器切換功能，需要從技術、經濟和安全等多方面來進行考慮，投入切換功能雖然會產生一些問題，但總體來說，利大于弊。

3 結語

高壓變頻器在現(xiàn)實應用過程中會遇到各式各樣的問題，必須結合現(xiàn)實情況來有針對性地分析和解決。首先，必須基于負載要求來綜合性地考慮變頻器的控制電源，以便最大限度地提升供電可靠性；其次，對于現(xiàn)實應用活動來說，在設計變頻切換工頻的過程中，不僅需要保證用電安全性，而且還要盡可能地提升生產工藝水平。

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