引风机变频器的应用
姬三菊韩洪轩
（华能济宁运河发电有限公司，山东济宁272057）
运河电厂二期#5、6机组为330MW亚临界压力一次中间再热控制循环汽包锅炉，两台引风机原采用静叶调节，耗电量大，开度较大时线性差，引起炉膛负压波动大。针对存在的问题，2008年3月利用#5机大修机会，通过比较，#5炉引风机改为变频调节，采用北京利德华福HARSVERT-A高压变频调速系统。
利德华福HARSVERT-A高压变频调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对于风机、水泵类机械调速节能、改善生产工艺的迫切需要。本调速系统适配各种通用三相异步电机。利德华福HARSVERT-A高压变频调速系统采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制，具有以下特点：高-高电压源型变频调速系统，直接3、6、10kV输入，直接3、6、10kV输出，无须输出变压器；输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；输出阶梯正弦PWM波形，无须输出滤波装置，可接普通电机，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振动，电机无附加发热，输出线可以长达1000米；标准操作面板配置或彩色液晶屏全中文操作界面；变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在+10%— -10%范围内变频器能满载工作，可以承受35%的电网电压下降而降额继续运行，电网瞬时失电5个周期可满载运行不跳闸等。
HARSVERT-A高压变频调速系统的结构，由移相变压器、功率单元和控制器组成。我公司厂用电系统采用6kV 电压等级，有15个功率单元，每5个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT 逆变桥进行正弦PWM控制，可得到需要的波形。
输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，对6kV系列，构成30脉冲整流方式，这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。
输出侧由每个单元的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，可得到阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，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。当某一个单元出现故障时，通过使继电器K闭合，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，变频器可持续降额运行；如此可减少很多场合下停机造成的损失。
控制器核心由高速单片机来实现，精心设计的算法可以保证电机达到最优的运行性能。控制器还包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强了系统的灵活性。控制器结构上采用VME标准箱体结构，各控制单元板采用FPGA、CPLD等大规模集成电路和表面焊接技术，系统具有极高的可靠性。另外，控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，
低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。
HARSVERT-A高压变频调速系统柜门上共有两个按钮，分别为报警解除和系统复位；一个急停开关，一个“远控/本控”选择开关。高压变频调速系统的人机界面，上部是高压变频调速系统的显示界面，下部是操作键盘。通过此界面用户可以完成对高压变频调速系统的功能设定、参数设定、故障查询等功能。本控方式下，用户可以通过此界面对高压变频调速系统直接进行启动、停机、急停、复位和设定运行频率等操作。
高压变频调速系统待机时的主界面左上角显示高压变频调速系统的当前运行状态。“系统待机”或“旁路待机”字样指示系统当前正处于待机状态；“正在运行”或“旁路运行”字样指示系统当前处于正常运行状态，此时“正在运行”或“旁路运行”动态显示表示系统正在运行；“系统故障”指示系统当前处于故障状态；“正在停机”字样指示系统当前正以预设的减速时间减速停机。“通讯失败”字样指示标准操作面板和控制单元之间没有通讯，此时应检查相关硬件线路连接是否可靠。界面右上角显示高压变频调速系统的当前日期和时间。其左部的锁状小标志表明系统此时处于键盘锁定状态，解除键盘锁定状态后该标志消失。中部显示高压变频调速系统的柜体温度，三个温度依次为功率柜温度（靠变压器柜一侧）、功率柜温度（靠控制柜一侧）、控制柜温度。若相应温度显示区显示“掉线”字样，则可能是此通道的温度探头虚接所致，重新连接牢固即可恢复正常。界面左中部实时显示PLC检测到的现场状态，如“风机故障”、“系统有故障”、“阀门未关严”、“给定信号掉线”等。如果参数设定4中的PLC运行方式项选择“禁止”，则只显示“PLC已被禁止”字样；若选择“允许”但是PLC与操作面板之间通讯失败，则只显示“PLC无响应”字样，此时应检查PLC及其相关的通讯连线。界面左下部实时显示系统当前的功能设定状态，包括高压变频调速系统当前的控制方式（本控/远控）、运行方式（开环/闭环）、给定方式（本机/模拟）。用户在参数设定中可更改其相应的设置。界面右半部实时显示高压变频调速系统的相关运行参数，主要有设定频率、运行频率、电机转速、实际数值、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流等。
为方便变频器装置的检修，通过旁路柜刀闸的切换可以实现变频/工频两种工作状态，A、B引风机变频器—1、—2、—3刀闸具有电磁闭锁，要求高压开关必须在分闸位置且二次回路接通时才能够分、合，正常操作时严禁使用解锁钥匙。运行中注意检查变压器温度及功率元件温度是否正常，变压器报警温度为130℃，跳闸温度为150℃；功率元件平均温度为70℃报警，单个功率元件80℃报警， 85℃自动退出。如发现温度过高或温度高故障报警信号发出时，应检查风机、室内空调运行情况及时采取降温措施，无效时联系检修处理，同时降低风机负荷运行之至信号消失。变频器允许每相有一个功率元件退出运行的情况下维持额定运行，两个功率元件退出时需降出力至70%，同一相有三个功率元件退出时，变频器跳闸。正常运行中不允许开启变频器变压器及功率元件柜门，以防引起变频器报警或误触高压带电设备。运行监控CRT画面中#5炉A、B引风机电流为变频器输入电流，正常运行或操作调整中严禁超过额定电流（190A）。
通过四年来的实践运行采用HARSVERT-A高压大功率变频调速系统进行调速控制，取代传统的挡风板来控制风量，特别是低负荷时，可以取得相当显著的节能效果。同时该变频调速系统具有极高的调速精度，足以满足调速工艺的需要，避免了静叶调节时线性死区，由此带来的附加节能效益也是相当可观的。
