东方电子高压变频器在青岛东亿热电厂送风机上的应用

于国先 张秀华 张德科

（1.天津外国语大学，天津 3000512.烟台东方电子科技发展有限公司，山东烟台 264000）

一、引言

目前，我国的电动机用电量约占全国发电量的60%～70%，风机、水泵设备年耗电量约占全国电力消耗的1/3，造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调节方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量地消耗在挡板、阀门的截流过程中。由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，最有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率一般为20%～50%，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显著。

二、使用情况

本次涉及变频改造的是青岛东亿热电厂一#炉的一、二次送风机，型号分别为YKK4003-4，YKK3554-4，变频改造前，其均运行在工频状态，其输出功率通过风门开度进行调节，其中相当大的一部分电能消耗在风门挡板上，能源浪费严重，节能潜力巨大。

其中一次送风机的额定功率为315 kW，额定电压6 kV，额定电流37.8A，额定转速1485 r/min，二次送风机的额定功率为250 kW，额定电压6 kV，额定电流30.4 A，额定转速1485r/min。在此，相应的两套变频器设备型号分别为：DF5000-Y06/39P、DF5000-Y06/32P。同时根据现场要求，我们配置的为一拖一的手动旁路柜，当变频器发生重故障时，可以手动切换到工频运行。

一次系统图

三、工作原理

DF5000系列变频器采用交—直—交变频技术，充分利用成熟的低压变频技术，采取单元串联叠波技术，通过控制功率单元输出PWM调制技术，每相均由5个功率单元串联。

变频运行时，高压6 kV电源通过旁路柜输入到移相变压器后输出690 V电压，分别给各个功率单元供电。而每个功率单元均经过三相全桥不控整流后，再通过单相逆变输出后，然后每相串联叠加后输出6 kV的高压驱动电机运行。另外，每个功率单元都设有单元旁路装置，防止在某个功率单元出现故障时影响变频器的运行，从而确保电机连续的运行。

四、特点

DF5000系列高压变频器是东方电子自主研发的具有自主知识产权的一种高可靠、高效率、高节能、无污染的高电压大功率变频装置。它通过采用多级H桥功率单元箱级联的方式实现了高压的完美波形输出，设备网侧功率因数高于0.95，无需进行无功补偿；系统效率大于98%；输入输出谐波满足IEC及国标对电网谐波最为严酷的要求，对电网无谐波污染，同时优良的输出电压波形也消除了电动机发热，附加应力等问题，大大延长了电动机的使用寿命。丰富的用户接口，模块化的设计，友好的人机界面更可满足用户多变的现场需求，可广泛适用于各种工业领域。

DF5000系列产品主要特点如下：

●多回路供电技术，无扰动切换

DF5000变频器控制系统具备外部提供辅助控制电源、高压辅助控制电源两路供电回路，各路之间无扰切换，高压带电后，即使无任何外部输入电源，系统均可正常工作，进一步提高了可靠性。

●高可靠性EMC设计

东方电子凭借在电力系统多年的技术积累和经验，DF5000变频器控制系统采用光纤通信、光电隔离、电磁隔离、滤波模块、软件看门狗、硬件看门狗、柜体导电密封等EMC措施，大大提高系统的抗干扰性能，保证控制系统复位后仍可恢复至正常设定运行状态，提高了系统运行的可靠性与稳定性。

●预充电专利技术

为了防止高压上电对输入电源及高压变频器系统的冲击，DF5000独创的低压整机系统预充电技术，避免了系统上电时的单元整流桥、电解电热器不受冲击而提高变频器电解电容和功率器件的使用寿命，以及系统上电时变压器励磁涌流与充电电流同时导致进线电流过大，超过开关柜上配置的工频运行时的电动机保护的误动，保证工变频进线开关保护无需变化。

●系统无高压可调试控制功能

采用独创技术可实现没有高压时即可对包括功率单元在内的控制系统进行调试，具有单元直流母线电压与电容参数、IGBT状态、温度检测等功能，显示信息齐全，控制精准，真正做到系统在没有高压电源情况下输出真实波形，保证系统的安装调试、运行诊断、维护的方便与全面性。

●加、减速自适应功能

DF5000系统充分利用变频器短时间的电流过负载裕度和直流过电压裕度，保证在不正确的加、减速设定时间下装置不会在加、减速过程中保护停机，有效的解决了变负荷下加、减速时间的自适应控制。

●专利保护配置功能与技术

DF5000系统汲取了东方电子在监控和保护领域的多年经验和优势，控制系统保护功能配置完全参照IEC中压变频传动设备标准IEC61800－4标准（我国国家标准等同采用）的要求，配置齐全，包括控制系统、功率单元、高压电源系统、温控系统、旁路系统、电机系统等每个部分动态监测，引入多种专利容错和保护技术，使系统做到真正稳定、可靠。

●安全可靠的机械式功率单元旁路技术

为了能使变频器在某个（几个）功率单元故障时，系统还能正常运行，系统需要配置单元旁路功能。DF5000系统采用独特的结构和技术，采用完全机械式旁路。实现了高压与低压的真正隔离、并对机械旁路的触点进行动态反馈，彻底避免了电子式旁路无法进行旁路触点监测、以及由于功率单元的电源故障引起旁路无法实现问题，使系统的可靠性大大提高。

●完善的故障记录和事故追忆方式

DF5000高压变频器继承了东方电子在电力领域的监控优势，系统具有完善的故障监测和录波功能。为了方便事故的追忆和原因分析，DF5000主控制器配有海量存储设备（标配2G容量工业级CF存储卡，可存储一年以上历史数据），所有故障信息都有记录，并可对故障状态进行录波，打上时标信息加以区分，实时地在HMI界面上通过事项记录观测到故障信息，同时也可以通过系统维护软件或后台计算机系统读取，方便进行事后故障原因分析和诊断。

●自主知识产权的控制系统替代普通PLC控制

东方电子根据从事电力行业保护、测控、监控等产品20余年的经验，针对PLC反应慢的缺点，自主开发了有自主知识产权的DF1725B平台替代工业PLC产品，完成整个开关逻辑功能及现场模拟信号的采集等功能，并且该平台在东方电子5个系列产品上有10余年的可靠运行经验。

DF5000系统硬件上采用32位高端CPU、电机专用高速DSP、FPGA、多通道同步16位A/D采样等东方电子特有的技术平台，软件上采用国际先进的嵌入式实时多任务VXworks操作系统，使系统具备同时处理多个突发事件的能力，大大提高了系统实时速度和处理能力。例如对外部遥信量的采集，DF1725B只需要10mS即可完成系统的软硬件遵循模块化、积木化的设计理念，具有完全知识产权。系统控制单元、功率单元、I/O插件采用模块化结构，可以灵活配置扩充、便于用户系统升级和维护更换，不至于因某个器件的故障造成大部分设备的更换，使用户的利益最大化。

●强大的通信功能

DF5000 具 有 工 业 以 太 网 ，RS232，RS485，PROFIBUS-DP/MPI等硬件多种通信接口，并集成了丰富的规约接口（多达上百种），可以与多种后台进行通讯。

●强大的抗电磁干扰能力

DF5000高压变频器具有卓越的电磁兼容抗干扰性能，在国家电控配电设备质量监督检验中心的测试中，DF5000做到电磁兼容最严酷等级4级。

五、效益

1．节省电能：通过高压变频器调节风机电动机运行转速（频率）方式，降低了风机电动机的耗电量，改善了风机运行的经济性，降低了厂用电率和发电成本，符合国家节能减排的产业政策，具备良好的社会效益；

2．改善设备运行情况：采用变频无级调速，改进了风机的调节品质，避免了人工方式来调节档板的麻烦和不具实时性的情况，减少了对设备的磨损，延长风机使用寿命，降低维修费用；

3．降低电机启动电流：电机工频启动电流一般为额定电流的6～8倍，严重影响电机的绝缘性能和使用寿命，并会对电网造成较大冲击，而通过高压变频器可实现高压电机的软启动，降低电机启动电流，延长电机使用寿命，降低电机启动对电网的冲击。

六、结束语

变频调速这一技术正越来越广泛的深入到行业中。节能、省力、易于构成自控系统的显著优势，使得应用变频调速技术成为改造挖潜、增加效益的一条有效途径。尤其是在热电厂这样的高能耗且设备较多的企业，采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益，同时这也是国民经济可持续发展的需要。

DF5000系列变频器在应用后显著降低了输入电流，而其优异的节能作用定会在以后的运行过程中得到验证，并且其强大功能、先进的技术、优异的运行结果也定会得到厂家的肯定！