1 引言

（1） 系统概述
大唐安阳电厂#9机组和#10机组装机容量都是300MW。每台机组采用两台吸风机，并由双速电机驱动，风机转速有高速和低速之分。目前主要采用进口风门挡板调节以控制风量。其缺点是截流损失大。系统振动大、噪声大、对环境造成恶劣的影响。同时调节阀门容易磨损。吸风机在低速运行时不能满足满负荷的要求，必须切换到高速运行。
（2） 运行状况
正常运行中，两台吸风机低速运行，电流100～110A。机组最高负荷为270MW。在机组满负荷运行时有一台风机必须切到高速运行。现风机存在如下问题:
一是风机在低速切高速运行时，如果高速绕组不能在瞬间启动，则保护动作，连跳同侧送风机及一次风机，存在事故隐患;
二是吸风机高速运行不正常，电机轴瓦温度较高，风机振动增大，不能保证正常运行，给机组 的安全运行带来隐患，设备维护费用高。

2 设备简述

风机型号:Y4-2×73-3№29F型双吸入离心式双速风机;
容积流量:304.2（264.6）m3/s;
出口全压:4530（3480）Pa;
风机效率:85.5%;
电机型号:YDKK1000-2-8/10型;
额定电压:6000V;
额定电流:265/151A;
额定功率:2250/1150kW;
额定转速:740/590r/min;
数 量:共2台。

3 改造方案

（1） 每台吸风机加装一台高压变频器。变频器接电机的高速绕组。电机的低速绕组接低速断路器，用于变频器故障时的旁路运行。
（2） 在变频器与电机之间增加一台隔离刀闸柜，并与低速断路器电气连锁。电机变频运行时采用高速，隔离刀闸闭合，低速断路器禁止合闸。电机旁路运行时，隔离刀闸断开，由低速断路器控制电机进行低速运行,如图1所示。

图1 电机进行高、低速运行接线图
（3） 变频器的技术数据
变频器型号:TMdrive-MV（东芝-三菱公司生产）;
额定容量:2720kVA;
额定电压:6kV，±10%;
额定输出电流:263A;
输出电压范围:0～6kV;
输出频率范围:0～50Hz;
过载过载能力:125%，1min;
输入效率:>97%。
（4） 变频器采用DCS控制。通过4～20mA的调速信号，根据炉膛负压控制变频器的输出频率，并由DCS输出信号，控制变频器的启动和停止。变频器还可以向DCS反馈运行、停止、准备好、报警、故障等状态信号，以及变频器的电流、电机转速等模拟量信号。

4 变频器的系统结构

（1） 由输入变压器，变频单元及控制系统三部分所组成。主电路拓扑结构采用多电平串联技术，每相采用6个单元串联，三相共18个单元;
（2） 变压器采用H级绝缘的移相整流变压器，可靠性极高。H级绝缘可以承受180℃的高温，因此变压器体积比其他品牌小。由于整体容量2720kVA较大，因此实际采用两台变压器，一次端并联，二次端通过单元串联输出。变压器的厚度在所有品牌中最薄;
（3） 每台变压器的副边有九个低压绕组，各低组间的耐压按高压设计。这九个绕组分别给三相的三个串联单元供电。因此两台变压器可以给三相的六个串联单元供电;
（4） 变频器的主电路拓扑结构原理如图2所示;

图2 变频器的主电路拓扑结构
（5） 变频单元的结构完全一致，可以互换。变频单元实际上是一台三相输入、单相输出的低压变频器，开关器件采用IGBT。而低压变频技术目前已经非常成熟，因此变频单元的可靠性极高。单元的原理图如图3所示。

图3 变频单元的原理图

5 变频器抑制谐波的措施

（1） 采用移相变压器，二次端所接各个单元产生的高次谐波电流相位上产生偏移，因此在变压器一次端互相抵消，将一次端到电网的电流谐波控制到最小。变频器输入电压和电流波形如图4所示;

图4 变频器输入电压和电流波形
（2） 变频器输入电流谐波在不加任何滤波器时，满足IEEE519国际标准，实际检测值如图5所示;

图5 变频器输入电流谐波实际检测值
（3） 变频器的相电压输出为6个单元串联输出，线电压输出13电平。每个单元的输出采用正弦波PWM波形，载波频率4.8kHz，因此输出电流为正弦波，输出电压非常近似正弦波。相电压输出形如图6所示:

图6 相电压理论叠加波形示意图
输出13电平线电压和正弦波电流的波形见图7所示:

图7 输出13电平线电压和正弦波电流的波形

6 变频器的主要技术特点

（1） 采用H级绝缘变压器，耐温等级提高到180℃，温升可以达到125K，减小了变压器的体积。
（2） 在任何时候，只允许一个单元的IGBT导通或关断，任意两个单元不会同时导通或关断，而且将每个单元的载波频率降低为0.8kHz，但6个单元串联后的载波频率则为2.4kHz。线电压的载波波频率达到4.8kHz。由于载波频率降低，IGBT的开关损耗减小，整体效率得到提高。
（3） 采用矢量控制，将电机电流分解为励磁电流Id和转矩电流Iq，并对这两种电流分别进行闭环控制。变频器对转速控制的精度非常好，不论负载如何变化，都可以保证电机转速恒定。
不论是主电源电压还是控制电源电压，当瞬时停电发生时，只要停电时间不超过0.3s（300ms），变频器可以继续运行，不会停机或跳闸。
在检测到电源电压失电后，欠压保护动作。变频器先将转矩电流Id降为零。同时维持励磁电流Iq不变。因此由于没有有功功率的输出，内部损耗又很小，电解电容内部的电压很少下降，基本可以维持与电机转速相对应的频率和电压不变。此时电机转速会稍有下降。
当在0.3s内电源电压恢复后，变频器仍就输出与电机转速相对应的频率和电压，并会自动恢复转矩电流，并然后将电机加速到原来预定的转速上去。如图8所示。

图8 电源电压失电约200ms时的波形
图8中电源电压失电约200ms，此时转矩电流基准降到零。电流反馈并未降到零，维持励磁电流。电源电压恢复后立即恢复。
（4） 电源停电时间超过0.3s时，变频器停止输出，输出电压和电流均为零。只要停电在6s以内恢复，电机转速虽有一定的下降，但变频器可以自动重新再启动，恢复正常运行。在此期间，变频器不会给出停止或报警、故障信号。如图9所示。

图9 电源电压失电约1s时的波形
图9中电源电压失电约1s，此时转矩电流基准和电流反馈都降到零。由于没有励磁电流，不能检测电机转速，因此电机速度反馈也降到零。电源电压恢复后，变频器须等待电机剩磁电压衰减完毕，因此必须延时后才能自动再启动。延时时间是电机电压衰减时间常数的3倍，图中约7.5s。此时电机转速略有下降。延时时间过后，变频器会自动再启动。启动时首先给出较高的速度基准和很低的电压，用于产生励磁电流和电机磁场，电机产生反电势。根据电机的反电势频率测量电机的转速。变频器的速度基准会快速向实际测量的转速靠近。此时由于输出电压的频率与电机实际转速不符，因此会产生瞬时冲击电流，并限制在125%以内，持续时间1～2s左右。当速度基准与变频器实测转速一致时，冲击电流消失，电机电流恢复到正常值，并按预定的加速度将电机加速到预定转速。

7 采用变频后的经济效益统计

（1） 由于9#机与10#机完全一样，将9#炉引风机变频运行，与10#炉引风机工频运行进行对比，并记录9#炉与10#炉吸风机各自的用电量，发电量和厂用电率千分值。
（2） 以下为9#炉吸风机与10#炉吸风机每日的用电量记录数据，9#炉的用电量统计如表1所示。
10#炉用电量的统计如表2所示:


9#炉与10#炉引风机用电量对比如图10所示:

图10 9#炉与10#炉引风机用电量对比
9#炉与10#炉厂用电率千分值对比如图11所示:

图11 #9炉与#10炉厂用电率千分值对比
9#机与10#机发电量对比如图12所示:

图12 #9机与#10机发电量对比
（3） 根据记录29天的数据图表统计计算
9#机组发电量与10#机组发电量相比占116678400/118545600=98.42%。9#炉用电量与10#炉用电量相比为427680/972000=44%。按相同的发电量进行对比修正，变频用电量为工频用电量的44%/98.42%=44.7%。节电率为100%-44.7%=55.3%。
11月份9#炉节约用电量为: 427680/44.7%-427680=529100kW·h，
按上网电价0.333元/kW·h，计算节电费用为: 0.333×529100=176190（元）
11月份全月平均节电费用:
176,190×30/29=182,265元，即18.23万元。年平均节电费用按10个月计算=18.23×10=182.3万元。

8 结束语

由以上统计数据的计算分析可以看出，采用变频运行后，仅仅节电每年带来的经济效益就已经相当可观。另外由于实现软启动，避免了电机启动时对电网和机械的冲击，电网电压更加稳定，同时电机和风机的使用寿命得到延长。如果考虑到节省系统维护费的用及系统运行可靠性的提高，综合经济效益更高。