摘要：
空冷風機系統(tǒng)對變頻器的應用環(huán)境及性能要求較為苛刻，能否長期穩(wěn)定運行關系到電廠能否正常發(fā)電，因此空冷風機系統(tǒng)通常采用進口品牌變頻器。本文主要介紹合康HID300A系列變頻器在鄂爾多斯某電力公司空冷系統(tǒng)上的應用，不僅操作簡便、性能穩(wěn)定，還在使用中達到了具有顯著的節(jié)能效果。合康變頻HID300A系列在空冷系統(tǒng)上的成功應用，對于打破國外品牌在此行業(yè)的壟斷地位，具有重要的現(xiàn)實意義。
關鍵詞：合康變頻 空冷風機系統(tǒng) HID300A 節(jié)能
一、項目背景
發(fā)電站直接空冷系統(tǒng)(空冷島)，由于具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水等主要特點，電站空冷技術特別是直冷技術在國內外火力發(fā)電廠的建設中得到廣泛應用。鄂爾多斯某電力公司為增建一臺60MW機組作為背壓機組的后置機，采用東方汽輪機有限公司低壓中溫直接空冷凝汽式汽輪機。本期工程有1臺機組，每臺空冷機組配置12臺風機，每臺風機配置1臺變頻器。變頻器額定功率：風機泵類160kW。
客戶經(jīng)多方面考察試驗后，選擇了合康HID300A系列變頻器。由于空冷風機是按照裝置的最大處理量和最高月平均溫度計算設計，在不同的季節(jié)、不同的處理量的情況下，所需的風量相差很大。采用合康HID300A系列變頻控制后，可根據(jù)不同氣候條件改變電機轉速，空冷風機的風量可隨處理量、原油性質及氣溫的變化而變化，從而減少了能源的浪費。當所需風量比較少時，變頻器在滿足機組正常工況需求的情形下，使電機在低轉速下運轉，減少噪音及對機械的磨損，延長設備使用壽命并降低維修費用。
圖1空冷機組
圖2合康變頻調速控制系統(tǒng)
二、空冷風機變頻柜的選型要求
現(xiàn)場空冷風機系統(tǒng)對變頻柜的選型有以下要求：
1、空冷變頻器及變頻器電源開關采用組柜方式(單柜單回路)，柜體采用固定安裝結構，下出線方式。變頻柜主電源采用與進線柜母排連接方式，防護等級不低于IP42。
2、每臺柜內主控制回路至少應包括：進線刀熔開關或塑殼斷路器、直流電抗器、輸入濾波器、變頻器、輸出電抗器等;其他控制回路根據(jù)控制要求配置變壓器及所有提供必要功能的電氣設備，包括變頻器及所有安裝在控制柜內所需的設備。變頻器應配通信接口(通訊協(xié)議為ModbusRS485)。為了變頻系統(tǒng)的散熱考慮，所用輸出電抗器必須安裝在變頻器外或選用一體型式，使電廠各級母線電壓上的諧波分量滿足相關標準的要求。
3、變頻器將完成整個風機驅動系統(tǒng)的運行，頻率范圍在旋轉速度的0 %～110 %之內。并考慮由電纜、濾波器以及變頻器放置于變頻器柜內的降容等導致的功率損失。
4、變頻器必需能夠對轉動的風機電機進行啟動(雙向重啟動)。
5、變頻器安裝于變頻器柜內，在變頻器殼體的前門要安裝一個按鍵界面(控制板)，以便通過變頻器實現(xiàn)對風機的操作以及對AC驅動裝置調節(jié)器校正等。
6、控制柜的設計要考慮由功率損失引起的冷卻和散熱要求。氣流不得被內置的裝置阻隔。在柜頂上安裝風扇，變換器區(qū)域的空氣入口必須滿足設計環(huán)境要求。
三、系統(tǒng)控制原理
3.1直接空冷系統(tǒng)工作方式
直接空冷系統(tǒng)是指汽輪機的排汽直接用空氣來冷凝，空氣與蒸汽間進行熱交換。所需冷卻空氣，通常由機械通風方式供應。直接空冷系統(tǒng)所用的空冷凝汽器是由外表面鍍鋅的橢圓形鋼管外套矩形翅片的若干個管束組成。汽輪機排汽通過粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器，在換熱的過程中，利用散熱器翅片管外側流過的冷空氣，將凝汽器中從處于真空狀態(tài)下的汽輪機排出的熱介質飽和蒸汽冷凝，最后冷凝后的凝結水經(jīng)處理后送回鍋爐。
根據(jù)凝結水和蒸汽的流動方向，直接空冷系統(tǒng)可以分為順流式、逆流式、順逆混合式三種工作方式。順流式是指汽輪機排汽沿配氣管由上而下進入空冷凝汽器，冷凝后的凝結水的流動方向與蒸汽流動方向相同。反方向流動的便是逆流式。在直接空冷系統(tǒng)中，既要提供傳熱性能，又需放置凝結水凍結，空冷凝汽器基本都采用順逆流聯(lián)合方式。
3.2空冷風機變頻控制系統(tǒng)
本項目直接空冷系統(tǒng)采用順流為主、逆流為輔的方式，其中8臺變頻風機為順流式啟動，4臺變頻風機為逆流式啟動。系統(tǒng)工作時，首先逆流風機先啟動，隨著蒸汽流量的增加，背壓升高，逆流風機轉速增加。當無法滿足要求時，距離進氣口較遠的順流單元被啟動，依次類推，以保證各個管束內充滿蒸汽，且空氣集聚在逆流管束頂部，避免凍管。
空冷控制系統(tǒng)預先設定了汽輪機背壓的設置值，通過處理后的實際測量值與設定值進行比較，從而發(fā)出指令，改變風機的轉速以及人為決定開啟或者關閉配汽管道上的蒸汽隔離閥，使冷卻空氣的流量與運行條件相協(xié)調，將汽輪機排汽壓力保持恒定。背壓實際測量值高于設定值，則提高在運風機的轉速或啟動更多的風機，背壓實際測量值低于設定值，則降低在運風機的轉速或停轉部分風機。12臺變頻風機根據(jù)系統(tǒng)的蒸汽壓力及溫度等進行DCS集中控制。
變頻柜內每臺變頻器都獨立受控，具有遠程、就地兩種控制方式。當在就地工作狀態(tài)時，可以在變頻柜面板上手動啟停風機，并對風機的運行進行控制以及設定變頻器的參數(shù)。當在遠程工作狀態(tài)時，變頻器投入運行，通過空冷機組DCS控制室可以自動控制風機的最佳運行狀態(tài)?？绽錂C組DCS控制室輸出頻率控制信號對風機的轉速進行控制，變頻控制柜反饋電流和頻率信號送入DCS控制室。變頻器柜有通訊管理單元，能通過總線將各回路開關狀態(tài)、變頻器狀態(tài)等信號經(jīng)串行接口(RS485)送出的所有數(shù)據(jù)匯總。
圖3逆流風機變頻控制主回路圖
風機電機加熱器、齒輪箱油加熱器饋電由變頻柜內實現(xiàn)，并且可在DCS內實現(xiàn)成組及單回路自動投入。當系統(tǒng)運行過程中減速機油壓力達不到設計要求時，壓力開關會給出一個開關量信號給控制系統(tǒng)來報警，此時控制系統(tǒng)必須停止此臺變頻柜的運行，以充分保護減速機不在潤滑不理想的條件下工作。如圖：
圖4逆流風機部分控制圖
3.3合康變頻HID300A系列的性能優(yōu)勢
合康HID300A系列變頻器具有自動轉矩提升、自動轉差補償、自動穩(wěn)定輸出電壓、轉速追蹤啟動功能、加速時過電流抑制、恒速時過電流降頻功能、減速時過電壓抑制、自動節(jié)能運行等功能。特別是AVR自動穩(wěn)壓功能，在電網(wǎng)波動下，能夠輸出恒定的電壓。負載在劇烈波動下仍能正常運行。
(1)獨特的轉速追蹤功能
HID300A系列無需專用的硬件檢測電路和專用功能碼設定，額定轉速范圍內，變頻器在0.2s內完成電機轉速、轉向和相位角的辨識，并對自由旋轉的電機平滑跟蹤啟動，并能平穩(wěn)運行，解決一些高慣性負載。在空冷系統(tǒng)中有時候會出現(xiàn)異常停機，由于風機慣量還很大，風機仍高速運轉。變頻器器擁有的轉速追蹤功能，能實現(xiàn)快速飛車啟動，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
圖5 HID300A變頻器轉速追蹤功能
(2)獨特的瞬時掉電處理方式——瞬停不停功能
圖6 HID300A變頻器瞬停不停示意圖
電廠大型設備眾多，時常啟停，由于啟動瞬間電流很大，網(wǎng)線壓降急劇升高，很容易瞬間拉低電網(wǎng)電壓，造成變頻器欠壓停機。此功能保證瞬時停電時變頻器不會停機。在瞬間停電或電壓突然降低的情況下，變頻器降低輸出速度，通過負載回饋能量補償電壓，以維持變頻器短時間內繼續(xù)運行。
(3)獨特的風道設計
空冷島變頻控制是群機工作方式，設備集中布局加之外界環(huán)境溫差對變頻器適應能力提出了很高的要求。柜體內的HID300A系列變頻器采用獨立風道設計，內部電路也采用獨立風扇散熱，提高了產(chǎn)品的散熱效果，彌補了一些品牌內部電路與模塊散熱器共用散熱通道的缺陷，大大減少了灰塵、雜物進入變頻器內部。散熱器和風扇可單獨進行清理和維護，提高了產(chǎn)品使用壽命。
(4)采用自主研發(fā)的電抗器
由于變頻器整流過程中會產(chǎn)生高頻諧波和進線電源的網(wǎng)側諧波，因此變頻柜配備濾波器、進線電抗器，有效抑制諧波對電網(wǎng)和電機的影響。現(xiàn)場的電氣室距離風機較遠，電機電纜線200米，變頻器的輸出電流除了流入電機負載外，還有一部分流入到電纜的分布電容，因此在運行時，過長的動力電纜會增加變頻器的電流負擔，甚至會引起變頻器的過電流故障，所以變頻器電機側必需配置輸出電抗器。HID300A系列變頻器配置的交直流電抗器均為自主研發(fā)，針對變頻器產(chǎn)生的各類諧波分析而量身定制，完美地抑制了大部分的諧波分量，而且性能優(yōu)良，做工精湛，可靠性強。
3.4功能參數(shù)設置及說明：
四、合康變頻HID300A系列在空冷島應用上的節(jié)能分析
由流體力學可知，P(功率)=Q(風量)× H(壓力)，風量Q與電機轉速n一次方成正比，即Q∝n;風壓H與電機轉速n二次方成正比，即P∝n2。功率P與電機轉速n三次方成正比，即P∝n3。變頻器降速以后，電機輸出功率成立方比降低。
現(xiàn)場技術參數(shù)如下：
按節(jié)電率15%~25%左右計算，全年用電度數(shù)計算：380V(電壓)×280A(電流)×0.87(功率因數(shù)) ×24(小時)×1.732×330(年工作天數(shù))= 1269796(kW·h);電費按每kW·h 0.40元計算：1269796×0.40=507918元。12臺一共耗電：507918×12=6095020元。
五、應用效果
1、由于現(xiàn)場供電環(huán)境不穩(wěn)，供電電源經(jīng)常出現(xiàn)瞬時中斷，使用變頻器瞬停不停功能后，運行穩(wěn)定，得到客戶的極大認可。
2、與傳統(tǒng)的依靠調節(jié)擋風板或控制閥門開啟度的方式來調節(jié)氣體流量、壓力、溫度相比，使用HID300A系列變頻器操作簡單、功能齊全、穩(wěn)定可靠性高，不僅降低了現(xiàn)場人為操作引起的異常，還能為企業(yè)節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效益。
六、結束語
空冷風機電機采用合康變頻HID300A系列控制，可根據(jù)現(xiàn)場工況需求改變電機轉速，減少了設備磨損，節(jié)能效果顯著。內置的各種保護功能，保證設備安全正常運行。實踐證明，合康變頻HID300A系列具有優(yōu)異的調速性能和良好的節(jié)能價值，值得在空冷系統(tǒng)中廣泛推廣使用。
（轉載）
