風(fēng)機(jī)泵類高壓輔機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)。目前，國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的高壓變頻器已在各工礦企業(yè)引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次性風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、給水泵、凝泵等風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備上投入運(yùn)行，取得了較好的節(jié)能效果，直接的是廠用電量明顯降低。但是，運(yùn)行中軸承、動(dòng)葉產(chǎn)生裂紋，變頻工頻切換失敗，變壓器或模塊過熱跳閘等異常情況時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益帶來不利影響。為此，把相關(guān)問題提出來進(jìn)行探討，希望對(duì)高壓變頻器節(jié)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、安全、成熟、標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用起到積極的作用。

 一、經(jīng)濟(jì)性、安全性分析

      考慮高壓變頻器節(jié)能應(yīng)用時(shí)，先關(guān)心的就是經(jīng)濟(jì)性、安全性，沒有節(jié)能效果或節(jié)能效果不明顯，以及沒有安全運(yùn)行保障，基本打動(dòng)不了決策層的心。

高壓變頻器節(jié)能應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的、量化的、綜合的分析，防止出現(xiàn)簡單的統(tǒng)計(jì)就得出節(jié)能效果很好，很快回收投資甚至產(chǎn)生很大經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)論。其實(shí)，變頻器本身并不是一個(gè)節(jié)能設(shè)備，相反，它是一個(gè)耗能設(shè)備（設(shè)計(jì)值5%左右）。變頻器是一個(gè)方便而穩(wěn)定的調(diào)速設(shè)備，在風(fēng)機(jī)與泵類輔機(jī)的調(diào)節(jié)上，它的節(jié)能量較大，但靜調(diào)風(fēng)機(jī)的靜葉全開，節(jié)能效果就未必好。有人反駁說，即使?jié)M負(fù)荷時(shí)工頻運(yùn)行的電機(jī)供電電流也比同工況同容量電機(jī)變頻運(yùn)行的供電電流大許多。這主要是因?yàn)檫x擇的電機(jī)額定容量大于實(shí)際需求的電機(jī)功率。

　　高壓變頻器的應(yīng)用，尤其是變頻改造項(xiàng)目，在項(xiàng)目策劃時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)格的安全性評(píng)估，對(duì)同類型風(fēng)機(jī)或泵類輔機(jī)在其他火電廠的應(yīng)用情況進(jìn)行收資，了解變頻器運(yùn)行是否發(fā)生軸承、動(dòng)葉裂紋、變頻工頻切換失敗、變頻器模塊損壞等設(shè)備異常，掌握變頻器設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及投運(yùn)考慮的安全問題，需要進(jìn)行哪些試驗(yàn)，以及日常維護(hù)應(yīng)該怎么做等等。較好，請有資質(zhì)和能力的科研單位進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目測試及出具評(píng)審報(bào)告。

　　高壓變頻器不是節(jié)能應(yīng)用的優(yōu)先選擇，要通過綜合的經(jīng)濟(jì)、安全指標(biāo)分析，來確認(rèn)高壓變頻器節(jié)能應(yīng)用是某個(gè)具體項(xiàng)目的優(yōu)先選擇。

二、設(shè)備選型與國產(chǎn)品牌的發(fā)展

         了解國產(chǎn)、國際高壓變頻器品牌、產(chǎn)品、技術(shù)現(xiàn)狀，滿足安全、技術(shù)要求的前提下，選擇性價(jià)比高的國產(chǎn)品牌，為支持鼓勵(lì)國產(chǎn)品牌發(fā)展壯大、走向國際市場貢獻(xiàn)力量。我國高壓大功率變頻器生產(chǎn)廠家，主要有合康變頻、東方日立、成都佳靈、中山明陽、廣州智光、上?？七_(dá)、山東風(fēng)光、九洲電氣等。在國家節(jié)能政策的鼓勵(lì)和扶持下，隨著科研的進(jìn)一步深入，理論上和功能上國產(chǎn)高壓變頻器逐漸可以與進(jìn)口變頻器相媲美，但變頻器中使用的功率半導(dǎo)體、驅(qū)動(dòng)電路、電解電容等關(guān)鍵器件基本依賴進(jìn)口，而且在未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)狀況不容易改變。在自動(dòng)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上相對(duì)比較單一，主要是“產(chǎn)品推廣”的營銷策略，產(chǎn)品發(fā)展與銷售有一定劣勢。

國外主流供應(yīng)廠商主要有西門子、利德華福（施耐德）、羅賓康、羅克韋爾(AB)及ABB等。以西門子為代表的國外品牌占據(jù)大容量和為大型工程配套的市場。他們均形成了系列化的產(chǎn)品，幾乎大部分的產(chǎn)品均具有矢量控制功能，工藝水平也比較完善。品牌廠商多為綜合自動(dòng)化公司，擁有多種自動(dòng)化產(chǎn)品的品牌關(guān)聯(lián)效應(yīng)，這種關(guān)聯(lián)還體現(xiàn)在其他資源的共享上，這樣的“品牌推廣”對(duì)產(chǎn)品發(fā)展、銷售都有很好的推動(dòng)作用。

　　雖然，國外品牌在元器件質(zhì)量、超大功率產(chǎn)品上優(yōu)勢比較大，也應(yīng)該看到國產(chǎn)品牌通過技術(shù)自主化研究與應(yīng)用，差距逐漸縮小。而且，國產(chǎn)品牌價(jià)格優(yōu)勢巨大，性價(jià)比高。另外，國產(chǎn)品牌在設(shè)備異常分析、故障處理、備品備件采購、技術(shù)培訓(xùn)等方面的方便快捷也是應(yīng)該考慮的因素。決策層的思維不能停留在選擇大品牌產(chǎn)品就不會(huì)負(fù)什么責(zé)任的行為上。

三、變頻器與電動(dòng)機(jī)連接方式選擇

       變頻器與電動(dòng)機(jī)連接方式主要有以下幾種。

       (1)-拖一固定連接：

       (2)-拖一旁路連接：

       (3)-拖二旁路連接：

       其中，帶旁路的接線方式又分手動(dòng)切換和自動(dòng)切換方式。如圖二就是手動(dòng)切換旁路的接線方式，-QS1、-QS2、-QS3均為隔離閘刀。將隔離閘刀換成高壓斷路器就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換旁路運(yùn)行。

　　接線方式的選擇取決于高壓電動(dòng)機(jī)在系統(tǒng)中的運(yùn)行方式。如火電廠一臺(tái)機(jī)組安裝兩臺(tái)凝結(jié)水泵，正常一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，就可以選擇一拖二手動(dòng)切換旁路的接線方式，一臺(tái)變頻運(yùn)行，另一臺(tái)工頻備用，變頻器故障時(shí)，凝結(jié)水系統(tǒng)切換到備用泵工頻運(yùn)行。而引風(fēng)機(jī)就不同，機(jī)組正常運(yùn)行兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，一般選擇一拖一自動(dòng)切換旁路的接線方式，這樣正常兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)均變頻運(yùn)行，任一臺(tái)引風(fēng)機(jī)變頻器故障時(shí)，本臺(tái)引風(fēng)機(jī)自動(dòng)切至旁路工頻運(yùn)行，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

四、繼電保護(hù)配置方案探討

       目前，國內(nèi)外高壓變頻器廠家對(duì)變頻器、變壓器本身提供的保護(hù)配置基本一致，按照《DLT994-2006火電廠風(fēng)機(jī)水泵用高壓變頻器》系統(tǒng)集成和技術(shù)要求，主要有輸入瞬態(tài)過電壓保護(hù)、輸入工頻過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、輸入過電流保護(hù)、輸出瞬態(tài)過電壓保護(hù)、輸出過電壓保護(hù)、輸出過電流保護(hù)、輸出短路保護(hù)、輸出電壓三相不平衡保護(hù)、輸出電流三相不平衡保護(hù)、變壓器超溫保護(hù)、冷卻系統(tǒng)故障保護(hù)，以及控制系統(tǒng)故障保護(hù)等。

從用戶的角度出發(fā)，希望電力科研設(shè)計(jì)單位、相關(guān)院校及設(shè)備廠家能重視高壓變頻器+電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)繼電保護(hù)配置問題，在以下兩個(gè)方案中給出明確的結(jié)論：一是開關(guān)柜綜合保護(hù)只作為高壓電纜的主保護(hù)及變頻器和電動(dòng)機(jī)的后備保護(hù)，變壓器和電動(dòng)機(jī)由變頻器自帶保護(hù)實(shí)現(xiàn)主保護(hù)功能，但必須滿足靈敏度要求。二是研發(fā)“頻率跟蹤智能式變頻運(yùn)行自適應(yīng)”保護(hù)裝置，保護(hù)裝置能自動(dòng)跟蹤變頻器兩側(cè)電源幅值、頻率、相角變化并自動(dòng)平衡補(bǔ)償，經(jīng)模擬運(yùn)算把不同電源還原為理論相同電源，從而采用差動(dòng)保護(hù)；保護(hù)范圍涵蓋從開關(guān)柜到電動(dòng)機(jī)、包括變頻器、隔離變壓器及變頻器兩側(cè)電纜等電動(dòng)機(jī)的全回路；工頻變頻運(yùn)行無需切換自適應(yīng)。

五、共振、扭振損壞設(shè)備如何避免

      變頻調(diào)速應(yīng)用后，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的運(yùn)行頻率不再固定為工頻50HZ，可以是從0~50HZ的任意一點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)輸入電流是變頻器輸出的包含高次諧波分量的綜合電流。電動(dòng)機(jī)及負(fù)載軸系、葉片共振，軸系扭振損壞設(shè)備的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如圖4、圖5。

      如何避免呢？分析原因，明確措施

      (1)軸系或支撐系統(tǒng)徑向共振

       由電機(jī)和負(fù)載工頻離心力激勵(lì)，且運(yùn)行在軸系或支撐系統(tǒng)共振頻率時(shí)所致。

　　此類振動(dòng)機(jī)理簡單（與汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行于其臨界轉(zhuǎn)速相當(dāng)）、現(xiàn)象明顯、處理容易。

　　措施：變頻器投運(yùn)前做共振頻率測試試驗(yàn)，設(shè)置頻率跳躍區(qū)域避開共振頻率。

        (2)軸系扭轉(zhuǎn)共振

       由PWM制式變頻器輸出電流引起的基波動(dòng)扭矩激勵(lì)。此類振動(dòng)機(jī)理較復(fù)雜、現(xiàn)場因無監(jiān)測而現(xiàn)象不明顯，原先對(duì)定速運(yùn)行影響不明顯的因素開始對(duì)變速工況下的振動(dòng)狀態(tài)表現(xiàn)得非常敏感。

　　措施：運(yùn)行人員應(yīng)注意電機(jī)及負(fù)載的振動(dòng)問題，如有異常應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并進(jìn)行參數(shù)分析，同時(shí)檢修人員也必須更加注意大小修對(duì)設(shè)備的檢查處理。

        (3)動(dòng)葉共振

          由PWM制式變頻器輸出電流引起的6X諧波動(dòng)扭矩激勵(lì)。此類振動(dòng)機(jī)理較復(fù)雜、現(xiàn)場無任何現(xiàn)象（風(fēng)機(jī)調(diào)頻運(yùn)行中凡運(yùn)行可監(jiān)視參數(shù)都正常，等到故障造成葉片斷裂引發(fā)電機(jī)和負(fù)載振動(dòng)大時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)）。其激勵(lì)源為變頻器輸出的電流高次諧波（6n次），其主要成分頻率為風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率（轉(zhuǎn)頻）與電機(jī)磁極對(duì)數(shù)的乘積再乘以6，其頻率范圍為100。300Hz。其作用機(jī)理為：諧波電流引起風(fēng)機(jī)軸系發(fā)生1∞~300Hz的小幅扭振，這種扭振因幅值較小對(duì)軸系沒有明顯影響，但會(huì)與動(dòng)葉的固有頻率合拍而引起其共振，并在較短時(shí)間內(nèi)（變頻運(yùn)行1~3個(gè)月）使葉片產(chǎn)生裂紋最終破壞。

措施：在變頻運(yùn)行一個(gè)月時(shí)進(jìn)行停機(jī)動(dòng)葉片裂紋檢查，如發(fā)現(xiàn)裂紋則必須進(jìn)行相應(yīng)改造。定期進(jìn)行諧波、振動(dòng)、扭振等參數(shù)測試，較好配備在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。