鄭肖云

(上海凱盛節(jié)能工程技術(shù)有限公司，上海 200060)

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循環(huán)水冷卻風(fēng)機(jī)變頻改造的意義

鄭肖云

(上海凱盛節(jié)能工程技術(shù)有限公司，上海 200060)

摘要：根據(jù)國(guó)家及中國(guó)建材集團(tuán)的節(jié)能減排的要求，對(duì)四川威遠(yuǎn)西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程循環(huán)水冷卻風(fēng)機(jī)采用的變頻風(fēng)機(jī)及變頻器進(jìn)行了升級(jí)改造。該文從三個(gè)方面來(lái)分析變頻升級(jí)改造后的效果和意義：1)使用變頻風(fēng)機(jī)后的節(jié)能效果；2)在設(shè)備啟停過(guò)程中，對(duì)設(shè)備自身絕緣損害性能及使用壽命的影響；3)在設(shè)備啟停過(guò)程中，對(duì)配電系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：變頻；風(fēng)機(jī)；節(jié)能；絕緣；穩(wěn)定

四川威遠(yuǎn)西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程，配套一臺(tái)容量為5 MW的純凝式汽輪機(jī)、一臺(tái)容量為5 MW的無(wú)刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，配套兩臺(tái)45 kW風(fēng)機(jī)(均為運(yùn)行風(fēng)機(jī))。隨著機(jī)組負(fù)荷降低，冬季氣溫下降，風(fēng)機(jī)的工頻滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)造成電耗的大量浪費(fèi)，為此對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻升級(jí)改造。

1風(fēng)機(jī)變頻的改造

首先，在電機(jī)的選型上我們要采用變頻電機(jī)并采用變頻器進(jìn)行控制。由于變頻器輸出的PWM調(diào)寬波模擬正弦交流含有大量的諧波，考慮高次諧波會(huì)加深磁路飽和以及低頻時(shí)為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓，變頻電機(jī)主磁路設(shè)計(jì)成不飽和磁路。另外，考慮高次諧波對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲、冷卻等方面的影響，變頻電機(jī)采用F級(jí)或更高，加強(qiáng)對(duì)地絕緣、線匝間的絕緣強(qiáng)度以及耐沖擊電壓的能力，一般采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

在電機(jī)采用變頻電機(jī)后，電纜也要采用變頻電纜，變頻電纜是對(duì)稱“3+3”結(jié)構(gòu)成纜，多了一層金屬屏蔽。變頻器工作是產(chǎn)生的大量諧波進(jìn)入普通的“3+1”型電纜后，高次諧波產(chǎn)生的分流會(huì)在“3+1”芯中的接地線上疊加，會(huì)使接地芯擊穿；而采用“3+3”結(jié)構(gòu)，把接地芯平均分成3份，相位差120°，向量和為零，所以不會(huì)擊穿。而金屬屏蔽是為了最大限度地減少變頻器用電纜對(duì)周圍電氣系統(tǒng)的影響，此外對(duì)稱的結(jié)構(gòu)也大大地增強(qiáng)了金屬屏蔽的效果。

另外，變頻器配有進(jìn)線電抗器和出線電抗器，一般集成在變頻器內(nèi)部，進(jìn)線電抗器是依靠線圈的感抗來(lái)阻礙電流變化的電器，抑制變頻器產(chǎn)生高次諧波。限制變流器換相時(shí)電網(wǎng)側(cè)的電壓降，減小電網(wǎng)系統(tǒng)操作時(shí)所產(chǎn)生的電流沖擊，提高變頻系統(tǒng)的功率因數(shù)，其通常串聯(lián)于變頻器進(jìn)線端和電源之間。出線電抗器原理和進(jìn)線電抗器相同，是為了抑制變頻器輸出的諧波干擾。在負(fù)載合閘瞬間能夠有效地抑制回路涌流保護(hù)回路中的變頻器裝置及其它元器件免受過(guò)電流沖擊，同時(shí)可以補(bǔ)償長(zhǎng)線分布電容的影響，延長(zhǎng)傳輸距離(最大允許電動(dòng)機(jī)電纜長(zhǎng)度主要取決于傳動(dòng)裝置的開關(guān)頻率和輸出電壓)。

在變頻控制方面設(shè)置了就地、柜面、DCS遠(yuǎn)程控制3種控制模式，變頻器采用一拖一的控制方式，邏輯比較簡(jiǎn)單。既方便操作人員的操作，又提供了備用的變頻器，以便在一臺(tái)變頻器發(fā)生故障時(shí)另一臺(tái)可以進(jìn)行變頻控制。

2風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能及原理

由于機(jī)組的負(fù)荷率變化以及季節(jié)變化導(dǎo)致的環(huán)境溫度的變化，為了滿足凝汽機(jī)的最佳真空狀態(tài)，循環(huán)水的流量、所需的冷卻風(fēng)量均在減少，因冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)口的風(fēng)量無(wú)法節(jié)流，如果此時(shí)仍采用冷卻風(fēng)機(jī)以工頻的方式工作在最大負(fù)荷的工況下，必然會(huì)造成電能的浪費(fèi)。如果根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行變頻調(diào)速控制，由于P=9 550n·t(其中P為有功功率，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，t為電機(jī)轉(zhuǎn)矩)，因此降低速度可以有效地節(jié)約電耗。

變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓和頻率，根據(jù)公式n=60f(1-s)/p(其中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f電源頻率，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率)進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)，使電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的檢測(cè)更加全面，從而更好為電機(jī)提供保護(hù)。

四川威遠(yuǎn)西南水泥有限公司2 500 t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電工程的循環(huán)水冷卻風(fēng)機(jī)采用的變頻風(fēng)機(jī)及變頻器控制的升級(jí)改造后，冬季基本運(yùn)行在40 Hz，功率基本保持在額定功率的0.8倍，每小時(shí)節(jié)約電能(1-0.8)×45 kW·h=9 kW·h。按照機(jī)組每年運(yùn)行7 200 h考慮，每年節(jié)約電能約9×7 200=64 800 kW·h的電能，對(duì)業(yè)主來(lái)說(shuō)可以節(jié)省一筆可觀的費(fèi)用，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是負(fù)荷的降低、能源的節(jié)約，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保這一可持續(xù)發(fā)展理念。該工程變頻器控制改造方案，見(jiàn)圖1。

3風(fēng)機(jī)變頻啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

控制電機(jī)的啟動(dòng)電流：當(dāng)電機(jī)通過(guò)工頻直接啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生6～7倍的啟動(dòng)電流。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。當(dāng)點(diǎn)擊采用變頻調(diào)速則可以在零速零壓或低速低壓?jiǎn)?dòng)，并且可以按照用戶的需要進(jìn)行加速設(shè)置，可以選擇直線加速、S曲線加速或者自動(dòng)加速。電機(jī)啟動(dòng)電流曲線見(jiàn)圖2，一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/F或矢量控制的方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動(dòng)電流，提高繞組的承受力，見(jiàn)圖2(b)和圖2(c)。用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)成本將進(jìn)一步降低，電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。

降低電力線路的電壓波動(dòng)措施如下：在電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)，電流劇增的同時(shí)電壓也會(huì)大幅波動(dòng)。電壓下降的幅度將取決于啟動(dòng)電機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會(huì)導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如繼電器和接觸器等均會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。而采用變頻調(diào)速后由于能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，則能最大程度上消除電壓下降現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

風(fēng)機(jī)變頻控制除了節(jié)約電能、對(duì)設(shè)備壽命的延長(zhǎng)和對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的保持有著顯著效果外，還可以對(duì)循環(huán)水溫進(jìn)行精確的控制，確保循環(huán)水乃至凝結(jié)水溫、凝結(jié)水中的含氧量等等參數(shù)控制在最佳的范圍內(nèi)，對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化都有著重要的意義。我公司在多個(gè)工程中的循環(huán)水冷卻風(fēng)機(jī)均采用變頻升級(jí)改造，使其得到了廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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聲明

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本刊編輯部

Significance of Circulating Water Cooling Machine

Using Frequency Converter

ZHENGXiao-yun

(Shanghai Triumph Energy Conservation Engineering Co, Ltd，Shanghai 200060，China)

Abstract:Taking into account the requirements of the state and the group's energy-saving emission reduction, Sichuan southwest WeiYuan Cements Limited 2 500 t/d clinker production line of new dry process cement production line waste heat power generation project, the use of frequency conversion fan and frequency conversion controlling upgrade. This article analyzes the effect and the significance after upgrading from three aspects：1)the energy saving effect after using the frequency conversion fan；2)the insulation damage and the life of the equipment in the equipment starting and stopping process；3) the influence of the stability of the power distribution system in the equipment starting and stopping process.

Key words:frequency conversion；fan；energy conservation；insulation；steady

作者簡(jiǎn)介：鄭肖云(1984-)，工程師.E-mail:xiaoyun.zheng@steccn.com

收稿日期：2015-08-05.

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.06.015