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技術(shù)文章

變頻器在熱電企業(yè)中的節(jié)能應(yīng)用效果探析
DQZHAN訊：變頻器在熱電企業(yè)中的節(jié)能應(yīng)用效果探析
隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其優(yōu)良的節(jié)電性能、良好的啟動特性和多樣的保護功能，在企業(yè)中得到了較好的體現(xiàn)， 使企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約了能源，降低了成本，增加了**保證。

1、變頻器的特點

變頻調(diào)速是性能*好且*具發(fā)展前途的調(diào)速技術(shù)。 變頻器是工業(yè)發(fā)達國家中用于三相異步電動機調(diào)速的主要產(chǎn)品。 其主要優(yōu)點是：節(jié)能效果好，可達 55%以上;調(diào)速范圍寬，調(diào)速比可達 20：1;啟動及制動性能好，可實現(xiàn)軟啟動、自動平滑加減速及快速制動;保護功能完善，可實現(xiàn)過壓、欠壓、過載、過流、瞬間停電、短路、失速等多種保護方式，且能實現(xiàn)故障判斷顯示;易于在電子計算機系統(tǒng)中使用，可實現(xiàn)遠距離控制。

2、變頻調(diào)速技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

2.1中心換熱站及外網(wǎng)控制

鍋爐系統(tǒng)中主要包括系統(tǒng)恒壓補水、系統(tǒng)熱水(載體)循環(huán)、系統(tǒng)燃燒控制與爐膛壓力控制，在熱電聯(lián)產(chǎn)中，它所產(chǎn)生過熱蒸汽可以直接輸出，也可經(jīng)過汽水交換后輸出熱水，蒸汽或熱水的熱能經(jīng)過管網(wǎng)中的各個換熱站提供給各個熱用戶。

2.2 外網(wǎng)循環(huán)泵的控制

保證供熱系統(tǒng)內(nèi)的壓力恒定是供熱系統(tǒng)正常運行的基本前提條件。 供熱系統(tǒng)的管網(wǎng)通常是封閉的管道系統(tǒng)，從理論上講，水的消耗量很少。 然而在實際中難以避免的“跑、冒、滴、漏”和人為的失水，必然影響系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。 另外系統(tǒng)內(nèi)水流的溫度高低也影響著壓力的變化。 而要系統(tǒng)供熱穩(wěn)定，則必須保證系統(tǒng)的*高點處于滿水狀態(tài)，同時壓力也不能超過系統(tǒng)的承受能力。 要做到這一點，需要在系統(tǒng)的回水管道上確定一個恒壓點，在系統(tǒng)循環(huán)的過程中，保持一個穩(wěn)定的壓力數(shù)值，使循環(huán)泵的流量、揚程限定在一定的范圍內(nèi)，實現(xiàn)流量、揚程自動調(diào)節(jié)，對于鍋爐系統(tǒng)在一定的程度上也可以避免超溫和超壓。 采用變頻調(diào)速的補水泵對系統(tǒng)定壓，可以平滑地調(diào)節(jié)補水泵的轉(zhuǎn)速，及時地調(diào)補水量，保證系統(tǒng)內(nèi)水體積的穩(wěn)定。 其方法是用壓力傳感器將取自系統(tǒng)恒壓點的壓力信號轉(zhuǎn)變成(4~20)mA 電流信號，輸送到壓力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將其與預(yù)先設(shè)定的壓力值進行比較后， 發(fā)出頻率指令給變頻器，變頻器則自動調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)補水量，由于液體不可壓縮的特性，對液體的壓力控制響應(yīng)速度快， 很容易使恒壓點的壓力維持在設(shè)定值。

供熱系統(tǒng)中，水是熱能的載體，熱能的輸送是依靠水的流動完成的。 水的溫度越高，單位水的熱含量也越高，水的流量越大，輸送的熱能越大。 為了整體熱網(wǎng)的熱量平衡采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的流量，則可以在系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的條件下，對流量進行調(diào)節(jié)保證供熱系統(tǒng)的**運行。 首先依照目前推薦使用“低出水溫度，小出回溫差”原則與運行調(diào)節(jié)公式，根據(jù)環(huán)境氣溫溫度的變化來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的出水溫度。 同時根據(jù)出回水溫差來調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，從而通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量達到間接調(diào)節(jié)溫度的目的。 具體做法是利用溫度傳感器將取樣點溫度的變化量，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值或電流值后輸送到調(diào)節(jié)器， 調(diào)節(jié)器將其與預(yù)先設(shè)定的溫度值進行比較后，發(fā)出頻率指令給變頻器，變頻器則自動調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速。

2.3控制引風(fēng)機的高壓變頻

高壓變頻器是一種串聯(lián)疊加性高壓變頻器，即采用多臺單相三電平逆變器串聯(lián)連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。 按照電機學(xué)的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：

其中：P 為電機極對數(shù);f 為電機運行頻率;s 為滑差)。 從式中看出，電機的同步轉(zhuǎn)速 n0正比于電機的運行頻率(n0=60f/p)，由于滑差 s 一般情況下比較小(0~0.05)， 電機的實際轉(zhuǎn)速 n 約等于電機的同步轉(zhuǎn)速 n0，所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率 f，就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速。電機的滑差 s 和負載有關(guān)，負載越大則滑差增加，所以電機的實際轉(zhuǎn)速還會隨負載的增加而略有下降

變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。 三相高壓電經(jīng)高壓開關(guān)柜進入，經(jīng)輸入降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出首尾相串。 主控制柜中的控制單元通過光纖時對功率柜中的每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測，這樣根據(jù)實際需要通過操作界面進行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進行相應(yīng)的整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負荷需求的電壓等級。

輸入側(cè)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(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 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(cè)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(shè)備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。

2.3.1 變頻器的操作與啟動

變頻器的操作方法有三種：一是就地控制，直接利用控制柜觸摸屏的人機界面的啟動、加速、減速、復(fù)位、停止等按鈕實現(xiàn)變頻調(diào)速的操作過程;二是遠程控制，通過遠程控制器，用開關(guān)和模擬給定，通過端子，I/0 接口輸入操作命令及給定值; 三是DCS 控制，與 DCS 直接連接，實現(xiàn)與現(xiàn)場過程控制系統(tǒng)的**結(jié)合，并通過現(xiàn)場過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制，引風(fēng)機的變頻控制主要采用 DCS 控制。 變頻器的啟動有三種：一是正常啟動，按正常方式啟動后，自動上升頻率并以用戶設(shè)定的頻率穩(wěn)定運行;二是軟啟動，按軟啟動方式啟動后，直接升速到系統(tǒng)參數(shù)中提供的電網(wǎng)投切頻率，然后系統(tǒng)給“變頻/工頻投切”指令，并進行相應(yīng)的電氣連鎖控制，達到軟啟動的效果;三是旁路功能， 在變頻器故障不能投入運行的情況下，可以進行手動旁路操作。 將 QS2，QS3 斷開，QS1 閉合，電機可由 QF 直接啟停，拖動電動機工作，此為變頻直接旁路功能，同時便于維護與檢修。

2.3.2 變頻改造后的節(jié)能效果分析

天津市現(xiàn)行的環(huán)保要**所有的燃煤鍋爐必須安裝脫硫和除塵設(shè)施，兩系統(tǒng)的加入使鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)阻力增加大約 2500Pa，使引風(fēng)機的電機功率增加大約**，加之作為承擔(dān)工業(yè)蒸汽供熱鍋爐存在負荷變動大的運行特點，同時濕法脫硫系統(tǒng)的運行將隨鍋爐的運行工況變化而變化，使煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力成為多變量，如采用風(fēng)門調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有簡單可靠，風(fēng)壓恒定，投資少的優(yōu)點，但調(diào)節(jié)精度低，電耗高，再有脫硫塔的脫硫液隨鍋爐煙氣的變化進行調(diào)節(jié)，塔的阻力是變量，因此風(fēng)門調(diào)節(jié)系統(tǒng)不適用濕法脫硫系統(tǒng)的運行工礦，不符合節(jié)能要求。采用變頻器調(diào)節(jié)，根據(jù)鍋爐負荷變化來調(diào)節(jié)引風(fēng)機，使風(fēng)壓在一個*優(yōu)的范圍內(nèi)，既滿足鍋爐的運行要求，也滿足脫硫塔的運行要求，既節(jié)能又達標排放，使煙風(fēng)系統(tǒng)的運行工礦得到優(yōu)化。 變頻器同時還具有提高用電設(shè)備功率因數(shù)的特性，將減少電機從電網(wǎng)吸收無功功率，減少了無功功率在電網(wǎng)中傳輸時造成的有功損耗。

通過分析鍋爐負荷變化 70%，風(fēng)門與變頻器調(diào)節(jié)電機功率將變化 50%，按有 40%時間需調(diào)整鍋爐負荷，如年運行 8640h，引風(fēng)機電機為 315kW，電價為 1.00 元計算，采用變頻器調(diào)節(jié)年節(jié)電 544320 度，節(jié)約電費 54.4 萬元。

2.4 在水位調(diào)節(jié)中的變頻器

當(dāng)汽包水位發(fā)生變化時，變送器的輸出信號也將發(fā)生變化。 這個測量信號與給定值比較后產(chǎn)生一個偏差信號送給調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器對偏差信號進行相應(yīng)的運算，把運算的結(jié)果輸出給變頻調(diào)速器。 當(dāng)變頻調(diào)速器接收到調(diào)節(jié)器的輸出信號后，就會相應(yīng)的根據(jù)信號改變水泵電機電源的頻率，從而達到改變電機轉(zhuǎn)速，增加或減少供水的流量。 使汽包水位穩(wěn)定地保持在給定的數(shù)值上。

3、結(jié)語

變頻調(diào)速這一技術(shù)正在越來越廣泛地深入到各行各業(yè)中，它的節(jié)能、省電、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢，必將成為電力拖動的**設(shè)備。 同時，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是企業(yè)改造、增加效益的有效途徑。

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