高压变频器在燃气热力公司的应用

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，城市燃气热力工程也随着加快，高压变频器在燃气热力公司的应用也受到了欢迎。本文针对我国高压变频器项目改造和主回路设计做了阐述，供大家参考。

关键词：高压变频器；项目改造；案例设计

中图分类号：TM92 文献标识码：A

目前，在我国随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，在一些工业领域中不断通过器件串联或单元串联得到了很好的解决，受到诸多企业的欢迎。

据笔者的不完全统计，在电力、市政供水、冶金、化工等行业广泛应用的泵类负载，占整个用电设备能耗的40%左右，而电费在自来水厂甚至占制水成本的50%。其中原因有以下几个方面：第一方面，设备在设计时通常都留有一定的余量；第二方面，由于工况的变化，需要泵机输出不同的流量。

但从我国目前实际应用来看，它的使用有的节能高达30%-40%，大幅度降低了自来水厂的制水成本。

1高压变频器的原理、特点及组成

总的来说，高压变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另外一种频率的电能控制装置。它具有运行稳定、调速范围广、输出波形正弦好、输入电流功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小的诸多特点。笔者经过多年的工作经验得知，有的高压变频器功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。高压变频器的组成具体如下所示。

另外，高压变频器的输入侧移相变压器它是给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流、1/10的相电压、1/30的输出功率。30个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。

它的输出侧结构是由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组。它可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

2 项目改造

2.1项目介绍。我省某公司拥有设备为630kW/10kV和400KW/10KV主锅炉风机两台，电机启动方式采用水电阻启动。根据公司的要求和规定工艺要求的风量要根据进料量进行调节。另外根据产量高低，风门开度仅控制在30～35%左右。

2.2 变频器选型。根据笔者的实践来看，在一般情况下易驱变频器容量应不小于电动机容量。但现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，我们选择电机分别为10kV/630kW和10kV/400kV，满足50Hz时满负荷运行要求，我们为其配备了容量为710KVA和500kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。

在这个选型中的变频调速系统它的构成包括，用户开关、手动旁路柜、FRHV5000系列高压变频器、高压电机组成。这其中手动旁路柜是由三个真空高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。电机以变频方式运行时， QS1、QS2闭合，QS3断开；电机以工频方式运行时，QS3闭合， QS1、QS2断开。变频与工频之间切换手动完成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频输出开关QS2和工频开关QS3互锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。

在设计具体系统方案时，我们务必遵循“最小改动，最大可靠性，最优经济性”原则，考虑到变频器退出运行后，为了不影响生产，确保系统正常工作，配置工频旁路，当变频器出现故障时，将电机投切到工频下运行。

3高压变频器的主回路设计案例

一燃气热力公司有1#循环泵与1#锅炉引风机高压变频器，采用的是一拖一自动旁路控制方案。其中一台变频器拖动一台电机，当变频器出现故障时可以自动切换到工频运行；并且，变频器旁路部分具有互锁功能，确保电机不出现变频、工频同时驱动。其一次电路如下图所示。

根据上图所示的我们分析来看，DCS系统输出 4～20mA电流信号控制JD-BP38高压变频调速系统的运行频率，来控制电机的运行转速。JD-BP38高压变频调速系统反馈4～20mA电流信号指示JD-BP38高压变频调速系统的输出频率、输出电流。JD-BP38高压变频调速系统同时接收DCS控制系统的启动、停止、急停、复位控制信号，调整运行状态。

笔者认为，当JD-BP38高压变频调速系统故障时，系统输出故障停机和报警信息，用于提示用户启动故障处理措施，同时JD-BP38高压变频调速系统将信号发送给DCS，在DCS系统上显示故障，以便于及时的排除故障。如果系统出现紧急情况，DCS监视人员立即点击变频器紧急停止按钮，此时变频器立即封锁输出，并及时跳开现场10kV小车开关。

4案例总结

笔者认为，随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，高压变频器的广泛应用已成为发展趋势。它是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量，以及改善运行环境的一种主要手段。

经过案例的实际应用，高压变频器以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性能等诸多优点而被国内外公认为最有发展前途的一种工具。近年来，逐步发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等。由它们构成的高压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变，甚至是PWM整流。不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。

参考文献

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[3] 彭伟.电力变压器差动保护误动的非故障原因分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2002（2）