介紹了匯川HD90系列高壓變頻器在廣西某化工公司熱電廠一次風機、引風機上的改造，著重闡述了HD90系列高壓變頻器在此類負載應用中的優勢。

一、背景介紹

      隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的發展，電氣傳動技術正經歷著比較大的革新。工業生產領域大量使用的高壓感應異步電動機，已經可以進行直接的電子控制，即由原來的改變其它機械環節的控制方法到直接改變供給的交流電源的頻率和幅值的變壓變頻控制方法，進行速度調節和位移控制，從而可以提高生產工藝，降低能源消耗。特別是在當今面臨能源危機的條件下，節能降耗不僅有近期的直接經濟效益，更有長遠的社會效益。      電廠傳統中引風機、一次風機的流量控制是通過調節擋板的開度來實現的，而這是一種經濟效益差，能耗大的落后方法，造成設備損壞快，維修難度大，運行費用高。相當部分功率消耗在擋板的截流過程中，從而造成能源的極大浪費。

二、項目概況

      廣西某化工有限責任公司為廣西壯族自治區的重點建設項目。占地面積1080畝，現有資產12.5億元，員工1200余人，其中專業技術人員260人。其下屬熱電廠目前共有5個機組，每個機組同時配備一臺引風機、一臺一次風機。

（1）運行工藝

      現場使用的是鼠籠式異步定速拖動，為了調節通風量在風道中設置風門檔板，通過對風門擋板開度的調節來達到調節風量的目的。這種方法效率低，至少浪費額定功率20%的電能。風機的額定轉速風量和實際工況需求不適應，任何一個風機的設計，總是要考慮工況最大的風量需求并都會留有一定的設計富裕，并在此基礎上進行風量，功率選配。在絕大多數情況下，風機都工作在偏離最大風量需求的狀態下，由此造成風量過大，造成不必要的電能浪費。從根本上講，風機的定速運行跟實際風量需求的不斷變化的情況不適應。

（2）高壓變頻器選型

一次風機與引風機電動機參數

熱電廠結合自身電機參數以及匯川HD90系列高壓變頻器的產品優勢，具體選型如下：

（3）控制方案

現場一次風機和引風機電機的控制方式均采用一拖一方式，變頻器配有手動旁路柜，以保證自身故障或者現場設備檢修時能夠旁路繼續運行，確保生產的正常運行，匯川HD90系列高壓變頻器具有完善的自控能力，能夠穩定的融入現場DCS控制系統中，達到遠程操作以及集中控制的要求。

（4）一次系統方案

圖一：一拖一手動旁路柜拓撲圖

      匯川HD90系列高壓變頻器的手動旁路柜內安裝3只隔離刀閘，分別隔離變頻器、高壓側電源、電動機。采用一拖一手動旁路柜，正常運行時，QF1、QS1、QS2閉合，QS3斷開，采用變頻器運行方式，當變頻器有故障不能運行時，QF1、QS3閉合，QS1、QS2斷開，采用工頻運行方式。QS1、QS3不能同時閉合，實現互鎖，高壓變頻器與QF1進行聯鎖，變頻器故障同時跳開QF1開關，同時允許QF1開關合閘，使系統工頻旁路運行。用戶開關QF1和電機M均為現場原有設備。

三、匯川HD90系列變頻改造優勢

      （1）充分利用變頻器和現有設備，投資相對較少，既保留了原系統的控制操作方式不變，又保證了系統改造后緊急狀態下的工頻恢復運行，易于系統維護。      （2）正常時采用變頻運行，當發生故障之后，變頻器發送故障信號至DCS，跳開電源開關，檢查后如果確實存在故障則切至工頻運行，相關邏輯在DCS中實現。      （3）減少電機啟動時的電流沖擊電機直接啟動時的最大啟動電流為額定電流的5～7倍，電機軟啟動也要達到2．5倍。觀察變頻器起動的負荷曲線，可以發現啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上升．不會超過額定電流。因此一次風機變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊問題，消除了大啟動電流對電機、傳動系統和主機的沖擊應力從而顯著改善了設備的運行可靠性，減少了維護保養費用。       （4）使用變頻器可使電機轉速沿一次風機的加減速特性曲線平緩變化．設備和軸承受力狀況得到了明顯改善。同時有關數據說明，機械壽命與轉速的倒數成正比，降低一次風機轉速可成倍地提高一次風機的壽命，因而一次風機維護費用自然就降低了。       （5）降低噪音一次風機改用變頻器后，降低風機轉速運行的同時，噪音也將大幅度地降低，當轉速降低5 0％時，噪音可減少十幾個d B，同時消除了停車和啟動時的打滑和尖嘯聲。 （6）輸出電流諧波≤2%，6KV功率單元柜由15個功率單元組成，每相由5個功率單元串聯組成，輸出21階梯PWM波形，近似完美正弦波，滿足并高于IEEE519-1992和GBT14549-93標準，不會對電網造成諧波污染。

四、 匯川HD90高壓變頻器的優勢

1）通用矢量控制技術

      HD90系列高壓變頻器具備通用矢量控制技術，基于電機d-q軸數學方程式解析，對電機定子電流解耦成勵磁分量電流和轉矩分量電流，并分別加以控制，以達到模擬自然解耦的直流電動機的控制效果。       a. 這種控制方式，調速精度可以達到0.01HZ，遠遠高于液耦的調速精度，減少了負載的波動，保證生產的穩定；       b.高壓變頻器效率高,無轉差損耗，其效率達 0.97以上，并且不隨調速的范圍而變化。液力耦合器效率低,其效率與調速比成正比，負載的轉速越低,其效率越低，液力耦合器屬轉差損耗型調速，是低效調速設備，在調速的過程中,轉差功率以熱能的形式損耗在油中。同時造成液壓油需要定期更換，維護成本高。       c. 起動性能高壓變頻器具有真正意義上的軟起動功能，它可以使起動電流值保持在額定電流以內，不會對電網造成沖擊，也不會對所傳動的風機、泵類的機械設備帶來沖擊，是最理想的軟啟動設備。液力耦合器屬于直接起動類型，電動機的起動電流約為額定電流的 3－5 倍，對電網造成沖擊，特別是在電網容量受限而電機容量較大時，這種直接起動對電網所造成的沖擊有時是不允許的。       d. 功率因數高壓變頻器可以保證電網側的功率因數在 0.96以上。液力耦合器調速則使電網側功率因數降低，因為拖動風機的電機裕量都較大，輸入電流中無功分量就越大，導致其在低功率因數下運行。

2）快速疊頻技術

       通過矢量算法在輸出電壓矢量上疊加可控的其他頻率分量，使電機產生更大的阻力矩，加快電機的制動。       此項技術對于要求停機時間短的場合十分有效，一般情況下可以縮短減速時間40%左右。目前國內其他廠家還不具備此技術。

3) 工變頻無擾切換技術   

工變頻無擾切換技術是指變頻器輸出線、電動機輸入線、工頻電網三者之間無干擾的平滑切換技術。此技術對于大容量驅動場合的變頻軟啟動或者1臺變頻器控制多臺電動機調速的場合（例如多臺水泵變頻控制）十分有競爭力。

工變頻無擾切換技術通過矢量控制算法，快速同步電網。 當變頻器輸出電壓的相位、頻率和幅值與電網同步時，通過相應的開關投切，把電機從變頻運行狀態平滑無沖擊地切換到工頻運行，或者把電機從工頻運行平滑無沖擊地切換到變頻運行。

4) 非對稱旁路技術   

      HD9X系列高壓變頻器采用單元級聯方式，當其中某個單元出現故障后，如果單元具備旁路功能（可選），通過非對稱旁路技術可以使系統不停機運行。目前國內的廠家通常采用的是對稱旁路技術，即當某個單元故障后，高壓變頻器將其余兩相的單元分別旁路一個，使三相對稱輸出（減少3個單元工作）。對稱旁路技術雖然可以不停機運行，但是其輸出電壓幅值減少，此時帶負載能力大大降低。而HD9x的非對稱技術可以實現更高的電壓輸出幅值。

5) 雙路控制電源

         HD9X控制系統采用雙電源供電，控制電源失電后可正常工作；一路由用戶提供，一路由高壓變壓器繞組降到380v。兩路電源切換電路采用儲能電容，保證切換時平滑無擾動。

五、現場應用照片

圖二：現場負載照片

圖三：設備及調試照片

圖四：變頻器正常運行HIM畫面

六、結束語

    高壓電動機的應用極為廣泛，它是工礦企業中的主要動力。在化工、冶金、電力、市政等各行業的大、中型廠礦中，用于拖動風機、泵類、壓縮機及各種大型機械。其消耗的能源占電機總能耗的70%以上，而且絕大部分都有調速的要求，但目前我國的調速和起動方法仍很落后，浪費了大量的能源且造成機械壽命的降低。因此，推廣應用高壓變頻調速及起動裝置的效益和潛力非常巨大的。     匯川技術依托多年的自動化行業的應用經驗，對電力行業的變頻改造具有獨到的方案解決能力，HD90系列高壓變頻器為采用矢量控制技術的高性能變頻器，產品適用于化工、冶金、電力、市政等多個應用領域。