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高压变频技术的推广应用论文
摘要：对风机实施变频技术改造，实际上是在拖动风机的电力传动系统中应用了变频调速技术。使用变频调速技术不但可以有效提高电力传动系统的节能水平，还能加强电力传动系统的控制性。文章通过实例对高压变频技术的推广应用进行了探讨，对煤矿通风机进行变频调速改造，能创造很大的经济效益。
关键词：变压变频技术；拖动风机；电力传动系统；节能水平；变频调速改造
1概述
1.1项目背景
据调查研究显示，风机配套电机就目前而言占据全国电机装机量高达60%，其耗电量相当于我国发电总量的1/3。尤其需要注意的是，很多水泵以及风机等机械设备在使用中往往出现大材小用的现象，另因生产制造工艺发生变化，需时常对机械的温度、流量和压力等参数进行调节，以保证正常运转，但当前一些企业仍使用阀门、调节挡风板等落后的方式对机械参数进行调节。简单说就是通过人力加大阻力，同时耗费更多的电能或金钱达到生产要求。这种方式增加了资源的浪费，同时调节准确度低，生产需求不能得到很好地满足，严重阻碍生产的稳定开展。代池坝煤矿大功率设备：264kW主扇风机、地面130kW压风机等设备，启动电流大，电机和传动机械的冲击应力大，消耗了电能，对电网冲击大；从理论和实践上论述了煤矿大型设备节能利用的方法，成功应用“SP500系列烁普变频器”的经验做一介绍，为今后提供了实践经验和理论借鉴，本报告主要针对代池坝煤矿张家湾抽风机成功应用“SP500系列烁普变频器”为例。
1.2项目研究的主要内容
主扇风机使用变频节能技术，选择安全、经济、实用的设备。
1.3项目研究的技术路线
本成果首先通过调查，确定各种设备节电能力，查阅大量相关节能技术资料，分析研究设备相关运行参数，提出主扇风机采用变频节能技术。总结在使用中遇到的技术难题，并提出解决方法，最后对本项目进行技术总结。
1.4项目研究的主要技术难点
主扇风机使用SP500-P型矿用变频调速节能设备的可靠性。
1.5项目研究的创新点
大型设备启动平稳，减小设备高电压、大电流、传动机械冲击，延长设备使用寿命，达到节能效果。
1.6项目完成情况
本成果以代池坝煤矿张家湾抽风机房2台主扇风机、热水池2台加压水泵、地面压风机房2台压风机、矿井主提升绞车为研究对象，现已成功投入7台变频控制器使用，达到了节能和保护设备的目的，为今后广泛使用节能设备提供了理论依据和技术支撑，并以代池坝煤矿张家湾抽风机成功应用“SP500系列烁普变频器”为例。
2代池坝煤矿实例
2.1代池坝煤矿主扇风机原启动方式
代池坝煤矿主扇风机原启动方式采用直接启动，直接采用工频供电，定速驱动，通过调节风门开关大小来控制风量。矿井主扇风机的额定通风能力（风量、风压）是根据设计计算的矿井末期的通风阻力和达产时的风量确定。矿井刚开始投入生产时，风机通常都有较大的富余力；为使矿井能够正常生产，过去一般采用人为关闭小风门挡板的做法来增加通风阻力，从而改变主扇风机的运行工况达到调节风量的目的。在生产过程中，风机的风量与风压裕度以及在生产过程中绝大部分时间都不是满负荷，同时由于生产系统所需求的风量随之变化，导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。目前，风机的变频调速节能在高、低压领域均有涉及，380V、3kV、6kV、10kV都有应用，行业涵盖水泥、石化、工矿、电力、化工、造纸、石油、食品、医药、市政、建筑、水利等诸多关系国计民生的`领域。变频节能设备是利用变频器所具有的软启动功能通过把启动电流归置成零。通过了解变频器在启动时所承载的负荷曲线可知，机械启动时几乎不发生任何冲击，电流变动都是从零开始，电流的增加同转速相关，随转速的增加而增加，因此不会超越额定电流的最大值。所以说，使用变频风机能够增加电动机以及开关的使用年限，减少了启动电流等对电机造成的过大压力，减少了很多维修保养费用。
2.2功率因数补偿节能
我们知道无功功率能导致线材以及设备等的发热，增加损耗，甚至因功率因数的下降造成电网中无功功率下降，加大了线路中无功功率的损耗，致使设备使用率大幅下降，资源浪费严重，由公式P＝S×COSФ，Q＝S×SINФ，式中：S为视在功率；P为有功功率；Q为无功功率；COSФ为功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通风机的功率因数在0.7～0.85之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。代池坝煤矿主扇风机总功率为2*132kW，全年12个月连续运行，每天工作24小时，我们保守估计按转速降低10%计算，由前面计算可知节电率为27.1%，对电费按每度0.736元计算，负载系数为0.75，那么每年的可节约电费支出：每年节约电费计算：264kW×24h×360天×0.736×0.75×27.1%＝341213.3元代池坝煤矿张家湾抽风机房2台主扇风机、热水池2台加压水泵、地面压风机房2台压风机，现已成功投入7台变频控制器使用，每年可为矿节约电费约50万元。
3效益分析
3.1经济效益
代池坝煤矿大型设备节能技术的成功应用，不仅给煤矿本身带来了巨大的经济效益，同时对社会也提供了技术范例：（1）设备低电压启动，速度缓慢、平稳上升、冲击力小，保护了设备；（2）降速以及软启动运行大大降低了设备的振动和磨损，使设备使用寿命延长，提高了设备的MTBF（平均故障维修时间）值，并减少了对电网冲击，提高了系统的可靠性；（3）节能系统的使用能够提供多种保护措施，不但增加了系统的运转率，而且提高了系统的安全性能；（4）采用变频技术设备同期节电25%；（5）使用软启动设备同期节电10%～20%；（6）限制防爆高压电动机的启动电流、电压，有力地降低了电网的波动，减少变压器负荷输出，保护高压电机的使用寿命，对用电设备的机械部件减少磨损，减少故障的发生，降低维修量，节约费用成本。据调查在煤矿矿山企业中使用老式启动器每年都产生巨大的维修费用，其中防爆电动机每年的维护费用为2～3万元。提高功率因数、降低供电线路损耗和变压器损耗，每年可以节省很多的用电费用支出，给企业带来经济效益，达到安全生产；（7）风机采用变频技术后可以根据井下用风量变化随时改变电机转速，达到调节风量的目的，不再需要调节风门开启大小来调节风量，操作简单，降低了操作人员的劳动强度。
3.2社会效益
使用变频技术设备，延长控制设备使用周期。降低能源消耗，控制温室效应，可持续发展。
4结语
通过此例应用及其他的风机变频改造应用实例，可以认为：如果可以对煤矿通风机进行变频调速改造，能创造更大的经济效益。对风机实施变频技术改造，实际上是在拖动风机的电传动系统中应用了变频调速技术。使用变频调速技术不但可以有效提高电力传动系统的节能水平，还能加强电力传动系统的控制性。变频调速技术如能进一步在风机拖动、泵类机械拖动及整个电力传动系统中推广应用，将对推动企业科技进步起到重要作用。
1前言
通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器，按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。
截止底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右!
全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达1亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。
若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为 60%，年运行4000小时，平均节电率为20～30%(平均25%)计算，则年节电潜力为600亿kWh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿 kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。
根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元(约为开发等量能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币， “十一五”期间将更多。
由于我国经济的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距：我国火电机组的平均煤耗为 400g/kWh，比发达国家高出约70～100g/kWh;发达国家发电厂的厂用电率为3.7%～6%，而我国的厂用电率为4.7%～10.5%，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!
2变频调速技术的发展历史及现状
变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等)，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。
20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速，
进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT(绝缘栅双极型晶体管InsolatedGateBipolarTransistor)、IGCT(集成门极换流型晶闸管IntegratedGateCommutatedThyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP(数字信号处理器Digital SignalProcessor)的诞生和发展(如磁场定向矢量控制、直接转矩控制)等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显著的经济效益。
变频调速技术的现状具有以下特点
(1)在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。
(2)在微电子技术方面，16位、32位高速微处理器以及DSP和ASIC(专用集成电路ApplicationSpecificIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。
(3)在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。
(4)在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。
3国内外高压变频器的分类、比较和应用情况
目前世界上的高压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。
一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用将功率器件串联的方法来解决。但是功率器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极间电容不同，而存在静态均压和动态均压问题。如果采用与器件并联R和Rc的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一致，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。
谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在高压大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行;谐波也会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断、系统瘫痪;谐波电流还会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额” 使用。
还有效率问题，变频调速装置的容量愈大，调速系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类和数量的多少，以及变压器、滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。
可靠性和冗余设计问题：一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦设备出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失。因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。
根据高压变频器有无直流环节，可以分为交—交变频器和交—直—交变频器;根据直流环节滤波元件的性质又可以分为电流源型变频器和电压源型变频器;电流源型变频器又可以分为负载换流式晶闸管变频器(LCI)和采用自关断器件(GTO、SGCT)的电流源型变频器;电压源型变频器则可以分为：a)功率器件串联二电平直接高压变频器，b)采用HV—IGBT、IGCT的多电平电压源变频器,c)采用LV—IGBT的单元串联多重化电压源变频器等。
随着工业自动化水平的不断提高和电力电子技术的发展，水工程中采用高压变频调速技术越来越多，水工程公司拟在取水泵房中选用12脉冲的电压源型高压变频调速器来控制355KW功率的水泵电机，对水泵电机变频调速技术进行升级，
据悉，国内目前广泛使用的高压电机用电量占全国发电量的30%，高压电动机变频调速装置开发成功后，可节能30%，其经济价值无法估量，产品市场前景诱人。
为了达到电气节能和工艺优化的目的，高压变频器在工程设计中应注意：
一、高压电机的特性试验和技术规范的再修订
当一台普通电动机由变频提供电源时，其变频器输出端的电压和电流谐波分量会使电机的损耗增加、效率降低、温度升高。高次谐波引起损耗的增加主要表现在定子和转子的铜耗、铁损及附加损耗的增加。其中，转子铜耗最为显著，因为异步电机总是在转差接近1的状态下旋转，所以转子铜耗非常大。在普通异步电机中，为改善电机启动性能，转子的集肤效应使实际阻抗增加，从而使铜耗增大。
另一方面，由于高压电机的线圈之间存在分布电容，当高次谐波电压输入时，各线圈之间的电压是不均匀的，这种长期反复作用使定子线圈某一部分的绝缘造成损伤，从而产生线圈老化，这在普通异步电动机的绝缘结构方面是难以接受的。另外电机的电磁回路不可能做到绝对对称，所以变频器输出电源中所含有的各次谐波分量将与电磁回路中固有的空间谐波分量相互作用形成各种电磁脉动。
同时，电机因处在频率不断调节的工作状态下，很容易与电机机械部分产生机械共振，造成电机机械部位的损坏。
因此，在变频调速改造工程中，为了避免变频调速系统在运行时出现上述问题，技术设计时必须考虑和高压电动机制造厂家进行技术合作，对电动机的相关特性进行调速实验，重新修订原电动机的技术规范。
二、电力电缆选型要点和敷设要求
由于变频器输出端与电机之间的联系采用电缆附设方式，且线路各相均存在对地电容，所以运行时线路上的电容电流是不相等的，
如果电缆附设距离较长，且线路中又存在高次谐波电流，那么一旦发生单相接地时，故障电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长，会使这端电缆发热，造成非故障绝缘。
所以，在变频调速改造工程中，针对输出电源电缆，考虑电缆结构上的三相对称和屏蔽，将电缆截面适当增加，敷设长度不超过100m限定值，如果原输出电源电缆为非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，应更换符合要求的电力电缆。现场敷设施工时要将电源电缆与控制电缆和信号电缆分开敷设，避免由电源电缆中高次谐波产生的磁场干扰其他信号。
三、变频器工作环境的基本要求
由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件，其开、关频率大于100HZ，易形成高次谐波电流，使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇，它将柜内的热量排放到室内，这使得室内的环境温度不断升高，最终还会影响柜内各器件的可靠运行。
所以，在水厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内，室内必须安装备用空调设施，控制室内环境温度在变频器所要求的范围内，同时设有通风门窗，必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。
四、高压供电系统出口断路器控制的技术完善
变频调速装置所用变压器的高压侧要与高压系统中的开关柜直接相连，但开关柜的保护范围只是供电线路与变压器低压侧的短路，而变频器的故障应靠变频器自身的检测保护系统完成。当变频器发生故障发出跳闸信号时，断路器应可靠动作跳闸。
然而，普通断路器高压开关柜内部出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况，变频器恰好出现故障(要求断路器跳闸)时，跳闸线圈已失电，断路器拒绝动作，因而造成变频器内部的功率器件损坏。
所以在设计中选择了带有欠压脱扣线圈的断路器，一旦出现跳闸回路断线或控制电源消失的情况，断路器首先自动跳闸，以保护变频器的设备安全。
节能降耗成为一个发电企业生产经营管理水平的重要标准之一，火力发电行业是众多能源行业之一，火电厂也是一个进行能源转换的行业，在消耗一次能源的同时生产出二次能源，在消耗和生产的转换过程中，如何实现低耗高效是一个需要长期关注和不断发展的行业问题。
变频器有着“现代工业维生素”之称，在节能方面的效果不容忽视，现已广泛应用于国民经济的各行各业和人民的日常生活中，高压电动机加装变频器，实现设备电动机的无级调速正是目前应用最广的一项电动机调速节电技术，经验数据表明，变频节电效果至少在30%。以下介绍天津大唐国际盘山发电有些责任公司(以下简称盘山发电公司)对汽机凝结水泵进行变频改造实现节能降耗的具体例证。
一、设备概述
盘山发电公司2×600MW火电机组是我国华北地区建设投产最早的600MW亚临界火电机组，是京津唐电网的主力机组。
该公司每台机组配有2台立式长轴泵凝结水泵。1台凝结水泵即可满足机组BMCR工况要求，运行中采用一台运行一台备用的方式。
凝结水泵属于是立轴静叶出力不可调水泵。凝结水量的调整通过“除氧器水位调节站”中的30%流量调整门和70%流量调整门来调整，维持正常运行中的除氧器水位。
二、凝结水泵变频改造
由流体力学可知，泵与风机的流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速可成比例地下降，而此时轴输出功率成立方关系下降，即水泵电动机的功率与转速近似成立方比的关系。变频器就是利用电力电子器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源供给电动机。频率可控即电动机转速可控，从而达到节能的目的。
盘山发电公司的2台600MW机组，每台机组配备了2台凝结水泵，单台额定容量为1940m3/h，电动机功率为2500kW，额定电流274A，正常为1台运行，另1台备用，在额定600MW负荷下运行最大电流250.5A，只有额定电流的91.4%，低负荷运行最低电流到200A左右，是额定电流的73%。根据对凝结水泵运行工况和参数的分析，盘山发电公司对凝结水泵进行了变频改造。由于凝结水泵正常运行方式是一运一备，故将采用“一拖二”方案，即每台机组的2台凝结水泵可共用1套变频装置，以节约投资。
三、改造方案
9月，盘山发电公司利用4#机组小修的机会对凝结水泵进行了变频改造。采用的是北京利德华福电气技术有限公司的 HARSVERT-A06/280(正弦波系列异步电动机普通控制型)高压变频器。该系列高压变频调速系统采用单元串联多电平技术，6kV输入，6kV高压输出，属高-高电压源型变频器。该变频装置主机柜由控制柜、功率柜、变压器柜以及旁路柜4个柜体组成，高压变频器接入电气系统的方式如图1所示。其中：QF1、QF2为高压开关，QS1、QS4为入口刀闸，QS2、QS5为出口刀闸，QS3、QS6为旁路刀闸。
整个改造方案包括三部分改造。第一是就地高压变频器的安装和接入。在就地搭建了专门的变频小间，其中安装的主要设备包括：高压变频器主柜体、双路控制电源切换箱、高压变频器UPS(交流不停电)电源柜、高压变频小间柜式空调机以及变频冷却系统。高压变频器的所有就地操作、运行参数和报警参数的检查设置都在变频小间内完成。第二是电气开关部分的改造。6kV高压开关加装了高压变频器保护回路和“工频变频工作方式”切换把手，配合凝结水泵变频运行和工频变频两种工作方式的切换。
另外，从380V低压交流厂用母线段和220V直流母线段完成了高压变频器控制电源和操作电源的供电改造。第三部分是热工逻辑和 DCS操作画面的改造。在DCS画面上增加一幅凝泵变频画面。在不同工作方式下启动凝结水泵的方法也不同，
当工频方式下，画面提示凝泵在工频方式，在原画面的操作按钮上按下启动，则合6kV开关直接启动凝结泵电动机，运行中，通过除氧器水位调节站凝结水量调整门的开度来调节凝结水量维持除氧器水位;当在变频方式下，画面提示凝结泵在变频方式，在原画面的操作按钮上按下启动，则仅合入6kV开关，然后在新增画面上的高压变频器启动按钮上按下启动，则启动高压变频器同时启动凝结泵电动机，运行中的除氧器水位调节站凝结水量调整门保持全开，通过调整电动机转速改变出力以调节凝结水量维持除氧器水位。
四、旁路柜介绍
该变频装置主机柜由控制柜、功率柜、变压器柜以及旁路柜4个柜体组成，前三者属于高压变频器核心柜体。而旁路柜(如图1中虚线框内所示部分)的布置主要决定于高压变频器所带负载的数目以及工频和变频工作方式的切换方法。凝结水泵一运一备的运行方式决定了变频改造采用了一拖二的公用变频器的改造方式，因此，其旁路柜功能就较为复杂。它是由6个高压隔离开关QS1～QS6组成，隔离开关分别选用GN19系列单投和双投户内高压隔离开关，相间距为 210mm;单投隔离开关的进线端的3个绝缘端子为高压带电显示装置的3个传感器，柜面外加输入、输出端子实现工频、变频指示。如果M1工作在变频状态，M2可以工作在工频状态;相反如果M2工作在变频状态，则M1可以工作在工频状态;如果检修高压变频器，2台负载都可以工频运行。
一拖二的公用方式决定了实现变频运行工频备用的特殊工作方式，以及各开关刀闸之间复杂的闭锁关系。各开关刀闸之间复杂的闭锁关系如下：
1)QS1和QS4，QS2和QS5之间实现电气闭锁和逻辑闭锁。确保只能有1台凝结水泵可以投入变频，无法将2台同时投入变频方式。
2)QS3和QS2，QS6和QS5安装机械互锁装置，确保凝泵电动机只能处于工频或者变频工作方式，防止发生高压变频器输出侧与6kV电源侧短路等严重事故。
3)QS1、QS2合闸，QS3分闸，且高压变频器发出合闸允许信号时QF1才能合闸，此时如果发出高压变频器重故障信号，QF1立刻跳闸。2号旁路柜相同。
4)QS1、QS2分闸，QS3合闸时，QF1可以合闸，此时高压变频器重故障信号不能使QF1跳闸。2号旁路柜相同。
5)当凝结泵变频运行过程中，变频运行给定指令小于95%，系统将闭锁压力低联泵保护，防止变频正常调节过程中联动启备用泵。
变频运行给定指令大于95%，压力低保护动作时联启备用泵动作有效。
需要说明的是，在凝结泵变频运行方式的判断回路中，采取了旁路隔离开关分闸的指示信号作为唯一判断依据。主要是考虑到关键判断回路的简单和可靠性，而没有读取变频上下口隔离开关的状态进行判断。避免判断条件过多，导致回路容易出错的问题。
五、凝泵变频装置冷却系统介绍
为了保证高压变频器具有良好的运行环境，高压变频器室配一套冷却系统用于室内环境降温。空冷器的风道与高压变频器排风口相连，从高压变频器出来的热风，经过通风管道排放到内有固定水凝管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成热风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，从而保证高压变频器控制室内的环境温度不高于40℃。
此冷却系统有两大优点：一是属于强迫风冷系统，增压风机的增压效果极大地提高了冷热风的循环速度和热交换的强度;二是该系统配有反冲洗系统，可以定期对冷却水管道进行冲洗和对冷却器管道进行反冲洗。定期清理管道内积存的污泥和杂物，对提高冷却效果有着事半功倍的效果。鉴于盘山发电公司已经改造过的一次送风机变频装置也存在运行温度高的问题，目前已经开始对一次送风机变频系统加装同样的冷却系统。
六、凝结泵变频改造的节能效果预期
目前，凝结泵变频改造已经完成并且顺利投入使用，长期节能效果以及数据正在收集统计之中，目前各典型负荷点凝结泵工频运行和变频运行的电流对照见下表：
通过对照，可以很明显看出凝结泵变频改造的节能效果十分明显，尤其是对于低负荷运行阶段节电效果十分巨大。参考经验数据，凝结泵变频后即使按节电40%计算，假定凝结水泵负荷率为85%，机组年利用时间为5800h，那么全年2台机组节电约986万kW•h。因此，对凝结泵加装高压变频器很有必要。
盘山发电公司对凝结泵的变频改造取得了初步成功，节能效果明显。发电生产设备中高压转机设备占有绝对数量，对转机设备进行变频改造的节能效果十分明显，节能经验和数据说明：技术因素对能耗的变化起着主导和决定性作用。利用新型技术对设备进行改造，根据实际应用情况进行进一步完善和革新，确保节能和安全达到完全统一。
输油泵变频节能技术分析论文
摘要：石油化工业对国民经济的发展具有重要的意义，输油泵作为原油生产过程中的重要耗能设备，对输油泵进行技术改造、降低能耗、提高效率，成为技术工作人员长期研究的课题。本文通过对输油系统的能耗现状分析、输油泵变频调速节能技术的原理和影响因素的阐述，分析了输油泵的节能效果。
关键词：节能；变频调速；输油泵
目前，输油泵的变频调速器可以最大限度的降低能耗，保护电机，而变频调速器的核心技术便是变频调速技术，变频调速节能技术是一种交-直-交电源变换技术，它集电脑控制和电子技术于一身。这项技术的应用，不仅具有节能降耗的效果，而且还能够实现高精度的调速。目前被广泛应用于输油泵机组上，不仅满足了生产的需要，而且节约了大量的能源。
1、输油系统的能耗现状
伴随着油田的长期开采，目前含水量都比较高，随着含水的上升，产油量的减少，输油泵的实际输油量越来越小，输送的大部分都是水，并且输油量存在不稳定性，输油泵很难控制在最佳的工作点上运行。因此，为了实现输油泵的高效经济平稳运行，在提高输油泵的效率、降低摩阻以及进行合理有效的调度基础上，采用变频调速技术是更加有效、直接的办法，它的主要优势就在于可以提高输油泵和整个集输系统的工作效率，降低能耗。
2、输油泵变频调速节能技术原理
变频调速技术之所以是一种高效的节能技术，是因为它是将现代电子技术和计算机技术集于一身。随着计算技术和集成电路技术的迅猛发展，变频调速技术已经日益完善，得到了更加广泛的应用。它的基本原理如下：输油泵作为原油运输的桥梁，它的主要作用是原油在低压内循环的条件下，向喷油泵输送足够压力和数量的燃油，这一工作主要由输油泵中的离心泵来完成。离心泵主要依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体这一工作原理，输油泵的变频调速正是依据了离心泵的这一工作特性，对进入和排出输油泵的原油流量进行调节。通常运用两种方法进行调节，一种是对离心泵内部的叶轮转速进行调节，原油流量随着叶轮转速的增加而增大，反之则减小。另一种是对离心泵出口的开口阀门大小进行调节，原油流量随着阀门开口的增大而变大，反之则变小，这种方法的优点是操作简单，简便易行，缺点是由于要不断对阀门进行开关操作，需要消耗大量的能源，会造成对资源的浪费，这和目前我们倡导的节能环保的宗旨不符，因此在实际运用中的应用并不广泛。相反，输油泵的变频调速是通过对泵内叶轮的转速进行调节来完成的，即输油泵输油量的`调节是通过对输油泵的电机进行变频改造来完成，最终达到节能的目的，因此这对技术改造、节能减排来说是可行的。
3、输油泵变频调速的影响因素
改变电机定子的电压频率可以改变电机的转速，进而改变电机的频率，达到调节输油泵内叶轮转速的目的。由交流电动机工作原理中的转速关系式：n=60f(1-s)/p，其中f，p，s分别代表输油泵电机的电源频率、电机极对数和转差率，由上式可知，要想使电机的输入功率升高，就要使轴功率相应升高，升高轴功率可以通过升高电动机转速实现，最终通过匀速改变电机的电源频率来改变转速。当电机转速降低时，轴功率降低，输入功率降低，这样就实现了输油泵的变频调速节能。影响变频调速的因素主要有以下几点：
3.1调速变频的范围受输油泵的工况影响，只有在适宜的情况下才适用调速变频来节能。例如当输油泵的转速过低，导致功率明显下降，这时采油调速变频对效率的影响也会变小，此种情况下采用调频并不能获得满意的效果。
3.2调速范围还受电机的工作效率影响，在理想的情况下，轴功率会随着电机转速的下降而下降，但是当电机出现故障，造成输出功率与额定功率出现偏离，且偏离幅度较大时，就会使整个输油泵的工作效率因为电机效率的下降而造成不利的影响。
3.3定速泵的影响，在实际的工作中，因为工作的需要，定速泵和调速泵需要同时工作，不能随时对输油泵进行全部的调速控制，这时就要关注定速泵与调速泵的工作状况，要保证他们都在高效区运行且达到系统最优，因此，定速泵和调速泵共同运行时，它必然会对调速范围产生影响，也是我们需要关注的。
3.4不同输油管路的特性曲线不尽相同，不同的特性曲线也会对调速节能产生影响。
4、输油泵变频调速节能效果分析
我们以TDCG-200变频器为例，来对输油泵的变频节能效果进行分析，它的特点是可以带动外输油泵，并能实现对输油泵进行变频调速。在运行的过程中，变频器为输油泵的电动机提供可以调节频率的电源，对电机实现无极调速，进而使管网的油压发生变化。通过对管网压力的监测可以得出，设定的压力单元内可以为用户提供符合要求的压力和流量。当变频器收到设定信号和反馈信号时，内部的分析程序就会对信号数据进行分析计算，并以转速控制信号输出。变频器收到信号后，就会启动输油泵，使管网压力上升，达到预定值后，变频器的输出功率同时上升，达到峰值后，变频器通过控制转速达到生产的预设值。通过对启动为50Hz、转速为1980r/min、输出量为150m3/h、额定功率为185kW的输油泵安装TDCG-200变频器后进行节能分析，一年可以节电66×104kWh以上，节能效果显著。
、5结语
输油泵变频节能主要通过对离心泵的转速调节，进而对整个机组进行工况控制。利用变频调速可以有效改善输油泵的工作效能，节能效果显著。在满足了生产需要、节能降耗的前提下，还延长了输油泵的使用寿命，提高了企业的经济效益。
参考文献：
[1]张承惠.交流电机变频调速及其应用.机械工业出版社，.9.
[2]徐甫荣.高压变频调速技术应用实践.中国电力出版社，.2.
高压变频技术在电弧炉除尘系统中的应用
在分析电弧炉设备的运行现状和研究电弧炉除尘系统特点的基础上,通过采用高压变频器在炼钢厂除尘系统改造中的.应用实例,介绍了高压变频技术在炼钢厂电弧炉除尘系统中实现节能降耗,提高自动化控制水平方面的应用效果.
作 者：卫永锋 作者单位：山西太钢不锈钢股份有限公司装备部 刊 名：电工文摘 英文刊名：ELECTRICIAN ABSTRACTS 年，卷(期)： “”(3) 分类号： 关键词：高压变频技术 电弧炉 除尘风机 节能一、中央空调节能最佳方法
由于中央空调主要设备是风机水泵，所以节能最佳方法就是采用变频器，目前大多数中间空调还采用以往旧的控制方式，即：通过改变压缩机机组、水泵、风机启停台数，以达到调节温度的目的。
该调节方式缺点集中表现为如下几点：
●设备长时间全开或全闭，轮流运行，浪费电能惊人。
●电机直接工频启动，冲击电流大，严重影响设备使用寿命。
●温控效果不佳。当环境或冷热负荷发生变化时，只能通过增减冷热水泵的数量或使用挡风板来调节室内温度，温度波动大，舒适感差。
中央空调采用变频器后有如下优点：
●变频器可软启动电机，大大减小冲击电流，降低电机轴承磨损，延长轴承寿命。
●调节水泵风机流量、压力可直接通过更改变频器的运行频率来完
成，可减少或取消挡板、阀门。
●系统耗电大大下降，噪声减小。
●若采用温度闭环控制方式，系统可通过检测环境温度，自动调节风量，随天气、热负荷的变化自动调节，温度变化小，调节迅速。
●系统可通过现场总线与中央控制室联网，实现集中远程监控。
二、供水系统变频节能改造
无论是溴化锂机组或电制冷（氟利昂）机组的中央空调系统，主机自身的能量消耗有机组控制，机外的电力消耗组不能控制，而这部分的成本是相当高的，却通常被人忽视了。尤其是溴化锂机组，在额定状态制冷运用行时，机外水泵、冷却塔的电机耗电量约占总体能源消耗成本的30%（以每公斤油2元、每度电1元计算）。无论从环境保护角度还是用户切身利益角度，都应将中央空调系统设计成最节能的系统。采用变频器来控制机外水泵电机、冷却塔电机是最简单、最有效的节能措施。一般情况节电20%~50%，每年可节省机组及系统总运行费用的12%~20%，十分惊人。
1、冷却水泵变频控制
中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。从我公司对中央空调的变频节能改造得出以下的数据，其冷却水泵、冷温水泵在低流量运行时，可以大幅度节省电力，尤其针对直燃机冷却水流量曲线的特点，采用变频控制，意义更大，从远大BZ型直燃机中央空调系统采用海利普变频器控制水泵测试数据为例：
当制冷量75%时，机组所需冷却水流量34%，水泵电耗约20%；
当制冷量50%时，机组所需冷却水流量22%，水泵电耗约15%。
2、冷温水泵变频控制
中央空调的冷媒水泵的功率是根据空调满负荷工作设计的，当宾馆、酒店、大厦需要的冷量或热量没有达到空调的满负荷，这时就可以通过变频器调速器来调节冷媒水泵的转速，降低冷媒水的循环速度，使冷量和热量得到充分利用，从而达到节能目的。如果制冷、采暖共用一台水泵，则冬季水泵流量只需50%，自然可大大节省电力；即使是冬夏分泵运行，也可在低负荷季节适当降低流量，如90%流量时，电耗约75%。
3、冷却塔风机变频控制
风机功率一般都较小，节电不如水泵明显。但风机采取变频控制能极大地有助于冷却水恒温，这对于机组制冷恒温极为关键；且能使机组溶液循环稳定，获得最大限度的节省燃料。冷却塔风扇低转速运行还能大幅度减少漂水，节省水源、延缓水质劣化、减少水雾对周围的影响。
4、采用变频器的其他益处
由于变频器的启动、停止过程是渐强、渐弱式，能消除电机启动对电网的冲击。并可避免电机因过载而引起的故障。
由于电机经常处于低负荷运行，能大幅度延长电机及水泵、风机的寿命，同时因没有启动、停止的冲击，加上流量的减少，管路承压及所受冲击力减小，故对管道、阀门、末端设备也起到了保护作用。另一方面，设备噪音、震动均减小，保护了环境。
5、中央空调机组外变频器的控制方式
●根据冷却水出/入口的温度改变水泵转速，调整流量；
●根据冷却水入口温度改变冷却塔风机转速，调整水温；
●根据冷温水出/入口的温差改变水泵转速，调整流量；
●根据冷却水出水的温度改变水泵转速，调整流量；
●根据冷媒水的回水温度改变水泵转速，调节税流量；
三、中央空调末端设备—变风量机组变频控制
变风量机组也是中央空调系统重要的组成部分，其性能指标（风量、冷量、噪音、用电量）的优劣，除了变风量机组本身的性能外，更重要的还取决于控制的模式、控制器的性能、品质。
随着中央空调的不断普及，变风量机组调节控制器已经经历了三个发展阶段：
第一阶段：风阀调节。能起到调节风量的作用，但电能量消耗大、噪音大。
第二阶段：可控硅调压调速。能起到调节风量、冷量、节能的作用，对变风量机组的噪音有一定的改良作用，其缺点是体积大、可靠性稳定性低、故障率高。
第三阶段：变频调节。能最大限度的满足变风量机组对风量、冷量、噪音的调节要求，节能效果更明显，体积小，可靠性稳定性高。
目前，变频控制器以其特有的优势，正被中央空调业内人士所青睐。
中央空调调节冷冻/冷却泵转速的节电原理：
采用交流变频技术控制冷冻/冷却泵的运行，是目前中央空调系统节能改造的有效途经之一。
泵的负载功率与转速成3次方比例关系，即P∝N3，其中P为功率，N为转速；可见用变频调速的方法来减少水泵流量的经济效益是十分显著的，当所需流量减少，水泵转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降。例如：
A． 当水泵流量下降10％（跟踪输出频率为45Hz）
则电动机轴功率P′=(0.9)3P=0.729P即节电率27.1％
B.当水泵流量下降30％（跟踪输出频率为35Hz）
则电动机轴功率P′=(0.7)3P=0.343即节电率65.7％
当冷水机负荷下降时，所需的水流量减少，通过电动机的调速装置降低泵的转速来减少水的流量，泵的轴功率相应减少，电动机的输入功率也随之减少。当用冷量增加，冷机负荷量增大，冷凝器进出水温差增大，变频器运行频率增加，水泵转速加快，水流量增加，从而维持温差恒定。反之亦然。从而达到理想的节能效果。
在我国经济快速发展的大背景下，由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。节能技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。
中央空调是现代大厦物业、宾馆、商场不可缺少的设施，它能带给人们四季如春，温馨舒适的每一天，由于中央空调功率大，耗能大，加上设计上存在“大马拉小车”的现象，支付中央空调所用电费是用户一项巨大的开支。因为季节的变化、昼夜的变化、宾馆酒楼客人入住率的变化、娱乐场所开放时间的变化等等，从而导致中央空调系统对室内热源吸收量的变化，再加之工艺设计上电机功率设计有相当的富裕量，因此，存在明显的节电空间。将变频技术引入中央空调系统，保持室内恒温，对其进行的节能改造是降本增效的一条捷径。
中央空调系统
图1所示为一典型中央空调机组系统图，主要由冷冻水循环系统、冷却水循环系统及主机三部分组成：
●冷冻水循环系统
该部分由冷冻泵、室内风机及冷冻水管道等组成，
从主机蒸发器流出的低温冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道（出水），进入室内进行热交换，带走房间内的热量，最后回到主机蒸发器（回水）。室内风机用于将空气吹过冷冻水管道，降低空气温度，加速室内热交换。
●冷却水循环部分
该部分由冷却泵、冷却水管道、冷却水塔及冷凝器等组成。冷冻水循环系统进行室内热交换的同时，必将带走室内大量的热能。该热能通过主机内的冷媒传递给冷却水，使冷却水温度升高。冷却泵将升温后的冷却水压入冷却水塔（出水），使之与大气进行热交换，降低温度后再送回主机冷凝器（回水）。
●主机
主机部分由压缩机、蒸发器、冷凝器及冷媒（制冷剂）等组成，其工作循环过程如下：
首先低压气态冷媒被压缩机加压进入冷凝器并逐渐冷凝成高压液体。在冷凝过程中冷媒会释放出大量热能，这部分热能被冷凝器中的冷却水吸收并送到室外的冷却塔上，最终释放到大气中去。随后冷凝器中的高压液态冷媒在流经蒸发器前的节流降压装置时，因为压力的突变而气化，形成气液混合物进入蒸发器。冷媒在蒸发器中不断气化，同时会吸收冷冻水中的热量使其达到较低温度。最后，蒸发器中气化后的冷媒又变成了低压气体，重新进入了压缩机，如此循环往复。
节能理论
●中央空调节能改造前的工况
在中央空调系统设计时，冷冻泵、冷却泵的电机容量是根据建筑物的最大设计热负荷选定的，都留有一定设计余量。由于四季气候及昼夜温差变化，中央空调工作时的热负荷总是不断变化。下图2为一民用建筑物的平均热负荷情况：
如上图所示，该中央空调一年中负荷率在50%以下的时间超过了全部运行时间的50%。通常冷却水管路的设计温差为5～6℃，而实际应用表明大部分时间里冷却水管路的温差仅为2～4℃，这说明制冷所需的冷冻水、冷却水流量通常都低于设计流量，这样就形成了中央空调低温差、低负荷、大工作流量的工况。在没有使用节能系统前，工频供电下的水泵始终全速运行，管道中的供水流量只能通过阀门或回流方式调节，这必会产生大量的节流及回流损失，同时也增加了电机的负荷，白白消耗了许多电能。
中央空调水泵电机的耗电量约占中央空调系统总耗电量的30-40%，故对其进行节能改造具有很明显的节能效果。
●节能理论根据
由流体力学理论可知，离心式流体传输设备（如离心式水泵、风机等）的输出流量Q与其转速n成正比；输出压力P（扬程）与其转速n的平方成正比；输出功率N与其转速n的三次方成正比，用数学公式可表示为：
Q＝K1 × n P＝K2 × n2
N＝Q × P＝K3 × n3 (K1、K2、K3为比例常数)
由上述原理可知，降低水泵的转速，水泵的输出功率就可以下降更多。如将电机的供电频率由50Hz降为40Hz，则理论上，低频40Hz与高频50Hz的输出功率之比为(40/50)3=0.512。
实践证明，在中央空调系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变水泵转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节及回流方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。同时变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对中央空调的平稳调节，并可延长机组及管组的使用寿命。
节能方案分析
中央空调各循环水系统的回水与出水温度之差，反映了整个系统需要进行的热交换量。因此，根据回水与出水的温度差来控制循环水的流量，从而控制热交换的速度，是首选的节能控制方法。
●冷冻水循环系统
冷冻水的出水温度是由主机的制冷效果决定的，通常比较稳定，因此冷冻回水温度可以准确的反映室内的热负荷情况。由此，对于冷冻水循环系统的节能改造，可以取回水温度作为控制目标，通过变频器对冷冻泵流量的自动调节来实现对室内温度的控制。
●冷却水循环系统
冷却水循环系统同时受室外环境温度及室内热负荷两方面影响，循环水管道单侧的水温不能准确反映该系统的热交换量，因此以出水与回水之间的温差作为控制室内温度的依据是合理的节能方式。在外界环境温度不变的情况下，温差大，说明室内热负荷较大，应提高冷却泵的转速，增大冷却水循环的速度；相应的，温差小则减小冷却泵转速。
●方案结构示意图根据上述分析，可得出整个节能工程结构示意图如图3所示：
由上图，该节能方案的基本思路为：分别在主机蒸发器回水处、冷凝器出水及回水处安装温度传感器，实时检测管网的温度，以模拟信号（0~10V或者4~20mA）反馈给变频器，通过变频器内置的PID运算输出相应的频率指令后自动调节水泵转速，从而调节各循环水的热交换速度，最终实现对室内恒温度的控制。需要特别说明的是，变频器内部在设计上集成了温差反馈处理功能，系统无须另配专用控制模块。
●电路控制方案
某公司LG中央空调机组数据如下表：
机组
机型
常用数量
备用数量
总计数量
中央
空调
冷冻泵电机
45KW（380V）
2台
1台
3台
冷却泵电机
75KW（380V）
2台
1台
3台
三台水泵中，春秋季节只用一台，备用两台；夏季高峰时常用两台，一台备用。
要求：一台变频运行，且可以通过人工方式进行切换，其他可通过人工方式直接启动到工频运行。
设计：3台水泵电机选配1台变频器。工作时可选择任意一台水泵做主泵、由变频器直接拖动并且变频运行（由内置PID进行闭环控制）；其余两台水泵做辅泵、由人工依据制冷特点相应进行启停控制，使电机工频运行。如下图所示：
该方案使用SAJ8000系列通用变频器，“市电”“节电”旁路需要另配电控柜及电气配件。
图为LG中央空调机组●变频节能系统特点
1、变频器界面为LED显示，监控参数丰富；键盘布局简洁、操作方便；
2、变频器有过流、过载、过压、过热等多种电子保护装置，并具有丰富的故障报警输出功能，可有效保护供水系统的正常运作；
3、加装变频器后，电机具有软启动及无极调速功能，可使水泵和电机的机械磨损大为降低，延长管组寿命；
4、变频器内部装有大容量滤波电容，可有效提高用电设备的功率因数；
5、该系统实现了对温度的PID闭环调节，室内温度变化平稳，人体感觉舒适。
总结
将变频技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。
有关高压变频调速装置在电厂的应用论文
摘要：根据山东十里泉电厂供水泵应用高压变频调速装置的实效，说明国产高压变频调速装置的技术已日趋成熟，大力推广应用它所带来的经济效益和社会效益是十分可观的。
关键词：高压变频调速；水泵流量调节；节能
引言
山东十里泉电厂是一个具有5台125MW，2台300MW及一台140MW机组的中型电厂。
十里泉发电厂目前由30km外的水源地供水，水源地共装有5台水泵，均由560kW/6kV高压电动机拖动，多数情况下启动1～2台泵就可满足发电要求，采用手动节流调节方法控制水流量。如果节流阀开度不大、并且水流量足够，则停一台水泵；如果节流阀全开仍不满足水流量要求，则再开启一台水泵，由于管道长达30km，且节流阀始终处于调节状态，如选择一台水泵进行变频调速改造，节流阀全开，实现恒水压控制，不但具有良好的节能效果，泵站的`控制特性也大为改善。
1 高压变频调速装置选型依据
对于6kV等级，目前主要有3种方式的高压变频装置：单元串联多电平型、三电平型和电流源型。由于单元串联多电平方式容易实现冗余运行，在单元故障时能进行旁路而不影响电动机连续运行，并且具有谐波小、dv／dt低、技术成熟等显著优点，因此，决定采用这种方式的高压变频器。
在对国内外各厂家的单元串联多电平高压变频装置，进行性能价格比较和运行可靠性评估后，选用了上海发电设备成套设计研究所和上海科达机电控制有限公司生产的MAXF700－6000/750型高压变频调速装置，该类型产品具有如下6个特点：
1）功率单元冗余运行、故障时自动快速旁路，确保电机正常运行；
2）可在线更换功率单元，不须停机；
3）采用无极性电力电容代替电解电容，提高了装置寿命和整体可靠性，内不须更换电容；
4）采用特制散热器，使功率单元温升低，装置体积减小（宽3800，深1200，高2200）；
5）输出dv/dt低（在500V以下），电动机绝缘不受损害；
6）电网自动重合闸后继续运行。
2变频运行的其它优点
该泵站经高压变频改造后，除了节能外，水流量控制特性以及电动机和泵的运行特性明显改善，主要有以下6项优点。
1）实现恒母管水压控制操作人员只须改变母管压力设定值，不再调整节流阀，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。
2）管道压力降低原来节流调节时，流量变小时，管道压力反而升高，容易爆管，不利于管道安全运行，而采用变频调节后，流量变小时，管道压力亦变低。
3）电动机软启动避免水泵频繁启停经测量，变频运行时起动电流<5a，而工频直接起动电流>300A，因此，变频运行完全消除了因直接启动造成的对电动机和电网的冲击，降低了电动机故障率（电厂电动机因直接启动造成故障已屡见不鲜）。
4）功率因素提高从电网侧看，工频运行时功率因数为0.85左右，变频运行时功率因数达到0.95，因此，即使同样是满负荷运行，变频运行时，高压输入电流明显比工频运行时小，这也有利于节能和设备安全运行。
5）电机和泵运行寿命延长设备转速降低后，运行噪声降低，磨损减少，设备寿命延长。
6）控制响应速度增快改变水压设定值后，装置迅速改变运行转速，使母管水压迅速跟踪设定值。
3 现场实际操作
交流会上来自山东黄台，德州，石横，白杨河，里彦，聊城，凯赛，皱县，莱城，临沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青岛等17个电厂及上海宝钢电厂等50余名代表，在现场进行了实地操作，并重点观察了以下4项试验。
>1）单元切换和自动平衡试验在额定负荷时，切换1～15中任意功率单元，电动机始终保持连续运行，且单元投切后三相电压电流保持平衡。
2）自动手动切换试验在自动恒水压控制和手动恒频率控制之间切换，装置运行频率和水压波动不超过规定值。
3）自动运行时阶跃响应试验由于变频泵在运行时，要承受工频泵的开停冲击，这相当于约20％的阶跃信号，因此，试验时，在自动运行状态下对设定值施加20％阶跃变化，超调量和振荡次数不超过规定值。
4）变频泵运行时，工频泵投切试验系统自动运行时，当升高设定值到装置给出“压力过低”报警信号时，投入一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到设定值，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。当降低设定值到装置给出“压力过高”报警信号时，切除一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到位，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。
4 节能效果
高压变频调速装置投入运行后，节流阀全开，采用远方自动恒水压控制方式，平时操作值班人员只须改变压力设定值（在操作室用按钮进行升降设定），多数情况下，变频器运行在40Hz左右，功率270kW左右，高压输入电流不到30A，而50Hz定速运行时功率约530kW，高压输入电流60A左右。
运行平均负荷按0．95×560kW计算，每年运行300天，即7200h，节电1340MWh。按上网电价计算，两年不到便可收回投资，如按电的售价算，因为该装置投资不到73万元，则一年就可以收回全部投资。
5 结语
国产高压变频调速装置用于拖动发电厂大型风机和泵电动机，不仅节能，而且大大改善了控制特性和运行特性。目前，高压变频技术日趋成熟，其运行可靠性已达到发电厂要求，建议大力推广使用。
高压电网技术的发展趋势论文
1能源资源与消费呈逆向分布，需要大范围优化配置资源
能源基地与负荷中心距离1000～3000km左右。我国区域煤炭生产消费分布情况:东部地区煤炭缺口逐步加大，中部地区煤炭输出不断下降，对西部煤炭输入依存度增加。
2煤电油运紧张矛盾日趋严峻，输煤输电并举是当务之急
煤炭的高效开发利用事关能源发展全局，电力就地平衡发展模式带来一系列矛盾，造成煤价不断攀升，运力持续紧张，缺煤停机频繁发生，电设备利用率大幅下降。煤电运紧张反复出现:(1)初，全国普遍出现电煤紧张，缺煤停机达40GW，占全国总装机的5。6%。(2)11月，受大雪影响，山西煤炭外运受阻，秦皇岛港口平均煤价上涨30－40元/吨。(3)20末到初枯水期，电煤紧张导致华中电网限电1.175×103GWh，高峰时期湖北电网日均缺电5×102GWh。铁路输煤中间环节多、成本高:单纯依靠输煤难以为继。公路输煤能耗更高，是铁路的17。7倍，水运的22倍;我国输煤输电比例失衡，电煤运输体系亟待优化:“三西”(山西、陕西、蒙西)输煤输电比例按电煤外调口径计算为20∶1。华东地区输煤输电比例按电煤调入口径计算为48∶1。华中地区为13∶1。煤炭运输量长期超过铁路货运量的一半，铁路运输长期面临巨大压力。未来煤炭基地70%产量用于发电，电煤运输任务将更加艰巨。(1)发展大煤电需要特高压国家正加快建设山西、陕北、宁东、准格尔、锡盟、呼伦贝尔、霍林河、宝清、哈密、彬长、准东、伊犁、淮南等13个煤电基地，装机规模1。8×108kW左右，通过特高压输送煤电约1。3×108kW。，煤电基地外运的输煤量与输电量之比约为4∶1，能够解决我国煤电运紧张和东部能源短缺问题。(2)发展大水电需要特高压我国水能资源丰富，经济可开发容量约4×108kW，待开发的水电主要分布在四川、云南、西藏等西南地区，国家正在加快金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、怒江以及雅鲁藏布江下游等水电基地的开发建设，需要走大规模、集约化开发，远距离输送的道路。(3)发展大核电需要特高压加快核电开发是能源发展的基本国策，国家优先在一次能源资源缺乏的东部沿海等负荷中心开发核电，尽早在能源资源匮乏、经济条件及站址条件较好的中部内陆地区延伸。我国大型核电站规模达到8×106kW，需要特高压电网支撑。(4)发展大风电需要特高压我国风能资源具有分布集中、规模大、远离负荷中心等特点，国家规划建设河北、蒙东、蒙西、吉林、江苏沿海、甘肃酒泉、新疆哈密等七个千万千瓦级风电基地，需要走大规模、集约化开发，远距离、高电压输送和大范围消纳的道路。(5)大规模开发太阳能需要特高压我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1。7万亿吨标准煤。我国已经成为世界上最大的太阳能光伏电池组件的生产国。我国沙漠、戈壁和沙漠化土地的分布范围相当广阔，总面积约130。8×104km2，为太阳能发展提供广阔空间。
3发展特高压是解决电网突出问题，实现科学发展的`内在要求
3.1电网建设严重滞后于电源发展
建国以来，我国累计电网投资约占电力工业投资的36。2%(其中－年约占电力投资的45%)，远低于国际上50%－60%的水平，电网电源发展不协调，尤其是骨干网架与配电网“两头”薄弱的问题尤为突出。
3.2短路电流超标问题越来越严重
华东电网等部分地区500kV网络已相当密集，短路电流问题十分突出，甚至超出现有断路器制造能力水平，给电网和设备的安全运行带来影响，厂家生产最大短路电流50kA。
3.3走廊资源紧缺矛盾越来越突出
东部地区站址、输电走廊越来越紧张，征地、拆迁费用大幅增长。西电东送走廊资源有限，常规方法提升送电能力余地有限，迫切需要通过特高压建设提高单位走廊的送电能力。
3.4电网安全水平亟待进一步提高
长链式500kV互联电网的低频功率振荡问题较为突出;对于华东等受端电网，亟需通过提高电网电压等级实现更合理的分层分区布局;电网抗灾能力较弱，骨干电网有待加强。
3.5电力大规模送入需要坚强电网支撑
目前单回特高压直流输送容量达到8GW，需要坚强受端电网提供电压支撑并应对直流闭锁等故障冲击。
4发展特高压是推动我国电力和装备业创新发展的重要途径
(1)有利于占领世界电网技术的制高点。特高压是世界电网技术的制高点，发展特高压电网，可使我国电网科技水平再上一个新台阶，超越西方发达国家。(2)有利于增强电工企业自主创新能力。特高压是一个创新性强的系统工程，通过发展特高压，增强理论研究能力、基础试验能力，培养创新型团队，提升自主创新、集成创新、消化引进再创新能力，并促进我国特大型工程建设管理水平的提高。(3)有利于带动电工装备产业链的发展发展特高压可以带动材料、工艺和设计水平的提升，可以使国内超高压设备制造技术更加成熟。日本正是通过特高压研究，实现了500kV设备水平的整体提升。(4)有利于提升装备企业的核心竞争力发展特高压，有利于提升国内输变电设备制造企业的制造水平，实现我国交、直流设备制造技术升级和关键设备的国产化，显著提高国际竞争能力。总之，从基本国情和未来发展需要出发，发展特高压，实施“一特四大”(特高压、大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源基地)战略，是转变电力发展方式、大范围优化配置资源、保障国家能源安全的根本要求，是实现煤电集约化发展、提高煤炭资源综合利用，促进电力工业节能减排的重要举措，是落实国家能源战略，促进清洁能源发展，构筑我国稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系的重要基础，同时是立足自主创新、建设创新型国家的重要实践。
5特高压交流试验示范工程
2009年1月16日，国内首条特高压示范工程———晋东南－荆门1000kV特高压交流输电示范工程正式投运，该程包括三站两线，起于山西晋东南，经河南南阳，止于湖北荆门，连接华北、华中两大电网:线路全长640km;变电容量18000MVA;标称电压1000kV;最高电压1100kV。207月8日，向家坝－上海±800kV高压直流输电示范工程成功投入运行。特高压电网输电能力达0.33TW，每年可输送电量1.98×106GWh，相当于输送煤炭8。5亿吨，极大的满足我国能源战略需求。
研究引风机变频调速节能技术论文
【关键词】技术,节能,研究,变频,风机,接触,调节,功率,转速,电机,
高压交流变频调速技术是一种主要用于交流电动机的变频调速技术,其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如降压调速、变极调速等。315KW引风机日常运行风量调节为入口挡板调节方式,入口挡板开度最大不到70%左右,该方式不能及时调节,运行效率低,节流损失大,电机启动时会产生5～7倍的冲击电流,对电机造成损害。为此,采用变频调节方式对风机系统进行改造,将1#引风机改为变频驱动,风量由手动给定4～20mA信号调节,以减少溢流和节流损失,提高系统运行的经济性。
一、引风机变频调速节能技术
(1)节能原理。当采用变频调速时,可以按需要升降电机转速,改变风机的性能曲线,使风机的额定参数满足工艺要求,根据风机的相似定律,变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为:Q1/Q2=N1/N2;H1/H2=(N1/N2)2;P1/P2=(N1/N2)3
式中:Q1、H1、P1―风机在N1转速时的风量、风压、功率;Q2、H2、P2―风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率。
假如转速降低一半,即:N2/N1=1/2,则P2/P1=1/8,可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时,风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。也就是说当转速降低时,额定工作参数相应降低,但效率不会降低,有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下,风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速,风量就不再用关小风门来控制,风门始终处于全开状态,避免了由于关小风门引起的风力损失增加,也就避免了总效率的下降,确保了能源的充分利用。当采用变频调速时,50Hz满载时功率因数为接近1,工作电流比电机额定电流值要低,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。
(2)挡板控制。挡板调节就是利用改变管道阀门的开度,来调节风机的流量。挡板调节时,风机的功率基本不变,风机的性能曲线不变,而管道阻力特性曲线发生变化,风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的'工作点。(见图1)
(3)变频控制。变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点,变速调节中没有附加阻力,是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率,从而实现对交流电机的无级调速。风机采用变速调节时,其效率几乎不变,流量随转速按一次方规律变化,而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节,可以降低泵和风机的噪声,减轻磨损,延长使用寿命。(见图2)。
二、节能分析计算
(1)变频调速系统回路。见图3。6KV电源经变频装置输入接触器KM1到高压变频调速装置,变频装置输出经出线接触器KM5送至电动机1;或6KV电源经变频装置输入接触器KM2到高压变频调速装置,变频装置输出经出线接触器KM6送至电动机2;6KV电源还可以经旁路接触器KM3和KM4直接起动电动机1和电动机2。
(2)互锁。接触器KM1和KM2互相闭锁,即KM1和KM2不能同时闭合;接触器KM5和接触器KM6互相闭锁,即KM5和KM6不能同时闭合;接触器KM5和接触器KM3互相闭锁,即KM5和KM3不能同时闭合;接触器KM6和接触器KM4互相闭锁,即KM6和KM4不能同时闭合;接触器KM1和接触器KM6互相闭锁,即KM1和KM6不能同时闭合;接触器KM2和接触器KM5互相闭锁,即KM2和KM5不能同时闭合;
(3)节能效果分析计算。由于在运行过程中,炉侧需根据机组负荷变化的要求调整风机完成过程控制量的调节,且风机运行性能指标一致,可以对引风机运行数据分别合并处理,并且采用流量百分比和挡板开度之间关系的变化趋势曲线对引风机的变频功耗进行计算。Pd:电动机功率;U:电动机输入电压6kV;I:电动机输入电流28 A;COSφ:功率因数0.85。计算公式:Pd=1.732×U×I×COSφ;
①单台工频功耗计算。Pd=1.732×6×28×0.85=247.33(kW)(包含管道缩口及挡板节流损失)。
②单台变频功耗计算。根据流体力学原理,风机风量与电机转速及电机功率存在一定的关系:Q1/Q2=n1/n2;H1/H2=(n1/n2)2;P1/P2=(n1/n2)3。其中:Q1实际流量,Q2额定流量,Q为风量;H为风压;P为电机轴功率;n为电机转速;将现场运行数据代入P1/P2=( Q1/Q2)3,得(85000/188730)3=P1/315,p1=28.67KW;变频器网侧功耗Pb=P1/ηb=28.67/0.92=31.16KW;单台计算节电率:(ΔP/ Pd)*100%=(247.33-31.16/247.33)=87%;单台实现节电率:变频运行时电动机平均电流Ig为12A。1-(Ib/Is)*100%=1-(12/28)=57%;变频改造后的效益:年节约电量=引风机台数*单台变频节电率*单台工频功率*年运行小时=57%*247.33*5400=761281.74(KWh)。按工厂0.5717元/kWh计算,每年可节约电费761281.74*0.5717=435224.7元。
三、结束语
高压变频装置在二甲醇引风机上的应用,可实现电机软启动,延长电机使用寿命,引风机挡板全开,减少风道振动与磨损。2009年对一甲醇转化250KW引风机安装高压变频调速系统后,目前设备运转状况良好,年可节约电能34万元,节能效果明显。
参考文献:
[1] 吴忠智 黄立培.调速用变频器及配套设备选用指南[M].机械工业出版社,2001.
变频与传动——高压变频器原理及应用,1.引言电机是工业生产中主要的耗电设备，高压大功率电动机的应用更为突出，而这些设备大部分都存在很大的
1.引言
电机是工业生产中主要的耗电设备，高压大功率电动机的应用更为突出，而这些设备大部分都存在很大的节能潜力，所以大力发展高压大功率变频调速技术具有时代的必要性和迫切性。
目前，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，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。其应用领域和范围也越来越为广范，这为工矿企业高效、合理地利用能源(尤其是电能)提供了技术先决条件。
2.几种常用高压变频器的主电路分析
(1)单元串联多重化电压源型高压变频器
单元串联多重化电压源型高压变频器利用低压单相变频器串联，弥补功率器件IGBT的耐压能力的不足。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光导纤维隔离驱动。但其存在以下缺点：
a)使用的功率单元及功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管，60只IGBT)，装 置的体积太大，重量大，安装位置和基建投资成问题;
b)所需高压电缆太多，系统的内阻无形中增大，接线太多，故障点相应的增多;
c)一个单元损坏时，单元可旁路，但此时输出电压不平衡中心点的电压是浮动的，造成电压、电流不平衡，从而谐波也相应的增大，勉强运行时终 究会导致电动机的损坏;
d)输出电压波形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出;
d)输出电压波 形在额定负载时尚好，低于25Hz以下畸变突出;
e)由于系统中存在着变压器，系统效率再提高不容易实现;移相变压器中，6kV 三相6绕组×3(10kV时需12绕组×3)延边三角形接法，在三相电压不平衡(实际上三相电压是不可能绝对平衡的)时，产生的内部环流，必将引起内阻的 增加和电流的损耗，也相应的就造成了变压器的铜损增大。此时，再加上变压器的铁芯的固有损耗，变压器的效率就会降低，也就影响了整个高压变频器的效率。这 种情况在越低于额定负荷运行时，越是显著。10kV时，变压器有近400个接头、近百根电缆。在额定负荷时效率可达96%，但在轻负荷时，效率低于 90%。
(2)中性点钳位三电平PWM变频器
该系列变频器采用传统的电压型变频器结构，
中性点钳位三电平PWM变频器的逆变部 分采用传统的三电平方式，所以输出波形中会不可避免地产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此在变频器的输出侧必须配置输出LC滤波器才 能用于普通的鼠笼型电机。同样由于谐波的原因，电动机的功率因数和效率、甚至寿命都会受到一定的影响，只有在额定工况点才能达到最佳的工作状态，但随着转速的下降，功率因数和效率都会相应降低。
多电平多重化高压变频器。多电平 多重化高压变频器的本意是想解决高压IGBT的耐压有限的问题，但此种方式，不仅增加了系统的复杂性，而且降低了多重化冗余性能好和三电平结构简单的优点。因此此类变频器实际上并不可取。
此类型变频器的性能价格优势并不大，与其同时采用多电平和多重化两种技术，还不如采用前面提到的高压IGBT的多重化变频器或者三电平变频器。
(3)电流源型高压变频器
功率器件直接串联的电流源型高压变频器是在线路中串联大电感，再将SCR(或GTO、 SGCT等)开关速度较慢的功率器件直接串联而构成的。
这种方式虽然使用功率器件少、易于控制电流，但是没有真正解决高压功率器 件的串联问题。因为即使功率器件出现故障，由于大电感的限流作用，di/dt受到限制，功率器件虽不易损坏，但带来的问题是对电网污染严重、功率因数低。并且电流源型高压变频器对电网电压及电机负载的变化敏感，无法做成真正的通用型产品。
电流源型高压变频器是最早的产品，但凡是电压型变频器到达的地方，它都被迫退出，因为在经济上、技术上，它都明显处于劣势。
3.IGBT直接串联的直接高压变频器
3.1 主电路简介
图1.IGBT直接串联高压变频如图1所示，图中系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再通过 逆变器进行逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。
功率器件IGBT直接串联的二电平电压型 高压变频器是采用变频器已有的成熟技术，应用独特而简单的控制技术成功设计出的一种无输入输出变压器、IGBT直接串联逆变、输出效率达98%的高压调速系统。
对于需要快速制动的场合，采用直流放电制动装置，如图2所示：
图2.具有直流放电制动装置的IGBT直接串联高压变频器主电路图★ 电子商务技术论文
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