英威腾GD5000系列高压变频器在中电投某电厂引风机上的应用

一、概述：

发电厂既是电能的生产者，又是电能的用户和消费者，我国的发电能源构成中，火电占70%以上，而一般的火电机组，其厂用电一般占发电量的4%～7%，拖动大容量风机、水泵类辅机的高压厂用电动机的耗电量占厂用电的80%左右。由于电力体制改革中厂网分开、竞价上网等事物的出现，电厂的发电煤耗、厂用电率已成为发电厂考核的重要指标，直接关系到电厂的经济效益和企业竞争力。而风机、水泵类辅机的变速调节所起到的节能效果可显著地降低厂用电和发电成本，因此选择合适的高压厂用电动机调速系统成为电厂节能工作的当务之急。

二、变频器调速节能原理

异步电动机的转速n与频率f、电动机转差率s、电动机磁极对数p有以下关系：

N＝60f(1-s)/p

由以上公式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，同时电动机的输出功率也会发生变化，n与f之间呈线性关系，当f在0～50Hz变化时，转速的调节范围是非常宽的。当负荷变化而引风机转速降低时，则输出功率也随之递减，而变频器就能较好的解决这一问题，达到节能的目的。

三、改造方案

2015年7月托中电投某电厂对1×300MW机组的引风机进行高压变频调速改造，本次改造对机组一台电动机进行改造，采用一拖一自动隔离方式，引风机电动机可采用工、变频两种方式运行。经过对比分析，选用深圳英威腾电器股份有限公司生产的GD5000-A3150-06-S系列高压变频器，该装置变频器整流器件为二极管，逆变器件为IGBT（如图1所示），控制方式采用无速度传感器矢量控制，运行性能更加优越。2015年8月新系统全部投入运行。

图1  功率单元原理图

四、系统运行工艺描述

变频器的6kV电源经变频装置输入刀闸与接触器后到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸和接触器送至电动机；6kV电源还可经旁路接触器直接起动电动机。进出线刀闸与接触器和旁路刀闸与接触器的作用是：一旦变频装置出现故障，即可马上断开进出线刀闸与接触器，将变频装置隔离，手动合旁路接触器，在工频电源下起动电机运行。旁路柜具备五防闭锁功能；具备工、变频方式指示功能；带电指示功能和带电闭锁柜门功能。

系统改造一次回路如图2所示。为了充分保证系统的可靠性，给变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接自动（工艺要求手动）切换到工频运行状态下运行，这样可以保证机组的正常安全运行。

为了实现变频器故障的保护，变频器对6KV开关QF进行联锁，一旦变频器故障，变频器跳开QF。当工频旁路时，变频器始终允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，使电机能正常通过QF合闸工频启动。

变频调速系统由用户开关、自动旁路柜、GD5000系列高压变频器、高压电机组成。旁路柜是由三个真空高压接触器KM1、KM2、KM3和高压隔离开关QS1、QS2组成。正常运行时QS1、QS2全部闭合，只有在检修时断开。电机以变频方式运行时， KM1、KM2闭合，QS3断开；电机以工频方式运行时，KM3闭合， KM1、KM2断开。变频与工频之间切换自动/手动完成。旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频输出开关KM2和工频开关KM3互锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。

由于在整个变频调速系统中前级用户开关柜具有过载保护装置，因而手动旁路柜不会对电机进行过载保护。同时用户开关柜必须按照8-10倍额定电流设置速断保护值，确保躲过激磁涌流。

图2  改造后的一次回路图

五、调试过程中出现的问题及改善措施：

（1）在调试过程中发现当转速指令信号丢失后变频器没有维持电动机原有的转速现象，针对该问题调整了变频器的控制部分，问题得到了有效的解决。

（2）将控制变频器的变压器的温度报警上传至DCS界面，有效的实现了变压器的超温监视。

（3）为解决变频器小间在夏季温度过高问题，中电投某电厂引风机变频器小间冷却系统设计上采用了风道室外循环冷却方式（如图3所示），此设计大大降低了空调的使用率，目前变频装置不需空调冷却运行，即可满足变频装置运行要求，从而更加提高变频装置使用的节能效果。

（4）为保证在部分功率单元损坏的情况下，变频器仍可正常运行，设置了功率单元一级功能旁路，当变频器的一组功率单元发生故障的情况下仍能正常运行。

六、节能改造后的经济效益分析

为了便于分析变频改造后的节能情况，选取在1号机组分别带150MW、300MW负荷的两种种不同工况下对引风机工频和变频两种运行方式下的参数情况进行了对比。

节能效果参见表1，从表1可以看出，当机组负荷分别为150MW、300 MW时，引风机变频运行比工频运行每小时分别节电256kW�h、535kW�h。变频改造后，节电效果显著。

表1  节能效果对比

七、结束语

引风机经过变频改造以后，节能效果非常明显，而且启动频率低，转速低，电流小且平稳。实现了软启动，避免了以前用工频启动时的大电流大转矩对电机、电缆、开关及机械设备的冲击。不仅延长了电机等设备的寿命，也减轻了轴承的磨损，提高了安全供电的可靠性。

作者简介：深圳市英威腾电气股份有限公司   技术支持工程师   王建祥

参考文献：

【1】深圳市英威腾电气股份有限公司 《GD5000系列高压变频器产品说明书》

【2】黄威、 黄禹 《变频器的节能与改造》化学工业出版社 2011-03出版