1、高压变频器在风机泵类应用技术方案探讨一、引言风机泵类高压辅机采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术。目前，国内外厂家生产的高压变频器已在各工矿企业引风机、送风机、一次风机、排风机、给水泵、凝泵等风机泵类设备上投入运行，取得了较好的节能效果，最直接的是厂用电量明显降低。但是，运行中轴承、动叶产生裂纹，变频工频切换失败，变压器或模块过热跳闸等异常情况时有发生，给企业安全生产、经济效益带来不利影响。为此，把相关问题提出来进行探讨，希望对高压变频器节能技术的经济、安全、成熟、标准化应用起到积极的作用。二、经济性、安全性分析考虑高压变频器节能应用时，最先关心的就是经济性、安全性，没有节
2、能效果或节能效果不明显，以及没有安全运行保障，基本打动不了决策层的心。高压变频器节能应用的经济性分析，应根据企业实际情况进行科学的、量化的、综合的分析，防止出现简单的统计就得出节能效果很好，很快回收投资甚至产生很大经济效益的结论。其实，变频器本身并不是一个节能设备，相反，它是一个耗能设备（设计值5%左右） 。变频器是一个方便而精准的调速设备，在风机与泵类辅机的调节上，它的节能量较大，但静调风机的静叶全开，节能效果就未必最好。有人反驳说，即使满负荷时工频运行的电机供电电流也比同工况同容量电机变频运行的供电电流大许多。这主要是因为选择的电机额定容量大于实际需求的电机功率。高压变频器的应用，尤其是变
3、频改造项目，在项目策划时要进行严格的安全性评估，对同类型风机或泵类辅机在其他火电厂的应用情况进行收资，了解变频器运行是否发生轴承、动叶裂纹、变频工频切换失败、变频器模块损坏等设备异常，掌握变频器设计、安装、调试及投运考虑的安全问题，需要进行哪些试验，以及日常维护应该怎么做等等。最好，请有资质和能力的科研单位进行相应项目测试及出具评审报告。高压变频器不是节能应用唯一选择，要通过综合的经济、安全指标分析，来确认高压变频器节能应用是某个具体项目的优先选择。三、设备选型与国产品牌的发展了解国产、国际高压变频器品牌、产品、技术现状，满足安全、技术要求的前提下，选择性价比高的国产品牌，为支持鼓励国产品牌发
4、展壮大、走向国际市场贡献力量。我国高压大功率变频器生产厂家，主要有合康变频、东方日立、成都佳灵、中山明阳、广州智光、上海科达、山东风光、九洲电气等。在国家节能政策的鼓励和扶持下，随着科研的进一步深入，理论上和功能上国产高压变频器逐渐可以与进口变频器相媲美，但变频器中使用的功率半导体、驱动电路、电解电容等关键器件完全依赖进口，而且在未来相当长时间内状况不容易改变。在自动化产品结构上相对比较单一，主要是“产品推广”的营销策略，产品发展与销售有一定劣势。国外主流供应厂商主要有西门子、利德华福（施耐德） 、罗宾康、罗克韦尔( AB)及ABB 等。以西门子为代表的国外品牌占据大容量和为大型工程配套的高端
5、市场。他们均形成了系列化的产品，几乎所有的产品均具有矢量控制功能，工艺水平也比较完善。品牌厂商多为综合自动化公司，拥有多种自动化产品的品牌关联效应，这种关联还体现在其他资源的共享上，这样的“品牌推广”对产品发展、销售都有很好的推动作用。虽然，国外品牌在元器件质量、超大功率产品上优势比较大，也应该看到国产品牌通过技术自主化研究与应用，差距逐渐缩小。而且，国产品牌价格优势巨大，性价比高。另外，国产品牌在设备异常分析、故障处理、备品备件采购、技术培训等方面的方便快捷也是应该考虑的因素。决策层的思维不能停留在选择国际大品牌高端产品就不会负什么责任的行为上。四、变频器与电动机连接方式选择变频器与电动机连
6、接方式主要有以下几种。(1)-拖一固定连接，见图1：(2)-拖一旁路连接，见图2：(3) -拖二旁路连接，见图3：其中，带旁路的接线方式又分手动切换和自动切换方式。如图二就是手动切换旁路的接线方式，-QS1、-QS2 、-QS3 均为隔离闸刀。将隔离闸刀换成高压断路器就可以实现自动切换旁路运行。接线方式的选择取决于高压电动机在系统中的运行方式。如火电厂一台机组安装两台凝结水泵，正常一台运行，一台备用，就可以选择一拖二手动切换旁路的接线方式，一台变频运行，另一台工频备用，变频器故障时，凝结水系统切换到备用泵工频运行。而引风机就不同，机组正常运行两台引风机同时运行，一般选择一拖一自动切换旁路的接线
7、方式，这样正常两台引风机均变频运行，任一台引风机变频器故障时，本台引风机自动切至旁路工频运行，保证引风机运行。五、继电保护配置方案探讨目前，国内外高压变频器厂家对变频器、变压器本身提供的保护配置基本一致，按照DLT 994-2006火电厂风机水泵用 高压变频器系统集成和技术要求，主要有输入瞬态过电压保护、输入工频过电压保护、欠电压保护、输入过电流保护、输出瞬态过电压保护、输出过电压保护、输出过电流保护、输出短路保护、输出电压三相不平衡保护、输出电流三相不平衡保护、变压器超温保护、冷却系统故障保护，以及控制系统故障保护等。从用户的角度出发，希望电力科研设计单位、相关院校及设备厂家能重视高压变频器
8、+电动机系统继电保护配置问题，在以下两个方案中给出明确的结论：一是开关柜综合保护只作为高压电缆的主保护及变频器和电动机的后备保护，变压器和电动机由变频器自带保护实现主保护功能，但必须满足灵敏度要求。二是研发“频率跟踪智能式变频运行自适应”保护装置，保护装置能自动跟踪变频器两侧电源幅值、频率、相角变化并自动平衡补偿，经模拟运算把不同电源还原为理论相同电源，从而采用差动保护；保护范围涵盖从开关柜到电动机、包括变频器、隔离变压器及变频器两侧电缆等电动机的全回路；工频变频运行无需切换完全自适应。六、共振、扭振损坏设备如何避免变频调速应用后，电动机和负载的运行频率不再固定为工频50HZ，可以是从050H
9、Z的任意一点，电动机输入电流是变频器输出的包含高次谐波分量的综合电流。电动机及负载轴系、叶片共振，轴系扭振损坏设备的现象时有发生，如图4、图5。如何避免呢？分析原因，明确措施(1)轴系或支撑系统径向共振由电机和负载工频离心力激励，且运行在轴系或支撑系统共振频率时所致。此类振动机理简单（与汽轮发电机组运行于其临界转速相当） 、现象明显、处理容易。措施：变频器投运前做共振频率测试试验，设置频率跳跃区域避开共振频率。(2)轴系扭转共振由 PWM 制式变频器输出电流引起的基波动扭矩激励。此类振动机理较复杂、现场因无监测而现象不明显，原先对定速运行影响不明显的因素开始对变速工况下的振动状态表现得非常敏感
10、。措施：运行人员应特别注意电机及负载的振动问题，如有异常应及时汇报并进行参数分析，同时检修人员也必须更加注意大小修对设备的检查处理。(3)动叶共振由 PWM 制式变频器输出电流引起的 6X 谐波动扭矩激励。此类振动机理较复杂、现场无任何现象（风机调频运行中凡运行可监视参数都正常，等到故障造成叶片断裂引发电机和负载振动大时才会被发现） 。其激励源为变频器输出的电流高次谐波（6n 次） ，其最主要成分频率为风机变频运行转速对应频率（转频）与电机磁极对数的乘积再乘以6，其频率范围为100。300Hz 。其作用机理为：谐波电流引起风机轴系发生1300Hz 的小幅扭振，这种扭振因幅值较小对轴系没有明显影响，但会与动叶的固有频率合拍而引起其共振，并在较短时间内（变频运行13个月）使叶片产生裂纹最终破坏。措施：在变频运行一个月时进行停机动叶片裂纹检查，如发现裂纹则必须进行相应改造。定期进行谐波、振动、扭振等参数测试，最好配备在线监测系统进行实时监测。
