高压变频技术改造可行性研究报告

概述国家第十二个五年计划纲要中，提出了在满足社会经济持续发展需要前提下实行“节能减排”的政策。

由于我国目前电源结构分布不合理，严重缺乏调峰电源，随着电力系统商业化运营的不断发展，各大型生产企业的节能降耗工作已成为降低用电成本、提高经济效益的重要措施之一。

“节能减排”不仅是长期的基本国策，也成为一项必须为之的任务。

对一般工业生产企业而言，电机容量大、能耗高的辅机设备只能按定速的方式运行，功耗无法随机组负荷变化进行调整；只能采取改变挡板或阀门开度的方式调整辅机运行工况满足机组运行需要。

因此，需要采用一种手段来及时地调节风机、水泵等辅机主设备的运行状态，改变其运行速度、频率、电压和功率等参数；使之既满足生产要求，又可以达到节能降耗、减少因调节挡板或阀门开度而造成的经济损失。

目前，实现辅机调速的重要手段之一是采用变频技术。

已在工业领域广泛使用的高压变频技术既可以满足辅机负荷变化的运行要求，又可以降低设备损耗、节约电能。

引风机是锅炉送引风系统的主要设备之一。

通过控制引风机入口挡板开度调节引风量，维持炉膛负压在一定的范围内运行。

如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷粉，既影响环境卫生，又可能危及设备和操作人员的安全；负压太大，炉膛漏风量增大，增加了引风机的电耗和烟气带来的热量损失。

因此，控制引风量大小，稳定炉膛负压值，对保证锅炉安全、经济运行具有十分重要的意义。

二、存在的问题XX集团XX球团厂，采用1台定速电动机带动引风机，靠液力耦合器调节引风量，以适应机组负荷变化。

液力耦合器是液力传动元件，是利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动装置，它相当于离心泵和涡轮泵的组合。

将其安装在异步电机和负载(风机、水泵等)之间来传递转矩，可以在电机恒速运转情况下，无级调节负载的转速。

液力耦合器是一种转差损耗的低效调速设备。

在高压变频技术尚未成熟，尚未在工业中应用之前，液力耦合器在风机、水泵等调速节能方面曾有过较多的应用，发挥过其应有的作用。

随着高压变频调速技术的日渐成熟及应用推广，液力耦合器也将逐步退出风机、泵类调速节能的市场。

相比较于高压变频装置，液力耦合器存在如下缺点：1、高压变频器调速范围宽，达到10:1以上，甚至达到100:1；而调速型液力耦合器的调速范围最大为4:1。

2、高压变频器调速精度高达0.1Hz，而且稳定性高；液力耦合器调速精度差，转速波动大。

3、高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95以上，并且不随调速的范围而变化；液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低。

液力耦合器属转差损耗型调速，是低效调速设备，在调速的过程中转差功率以热能的形式耗损在油中。

这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，否则威胁到液力耦合器安全，进而导致停机，影响生产。

4、高压变频器没有转差率问题，负载与电动机同轴，电机能达到额定转速，即电机转速与负载转速相同，能达到额定压力和额定风量。

在电机结构允许的情况下，还可以超过额定转速运行；液力耦合器由于是柔性连接，存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率≥3%，所以负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载（风机）就不能达到额定输出，其压力最高只能达到额定压力的94%，而风量最高只能达到额定值的91%左右。

5、高压变频器具有真正意义上的软启动功能，它可以使启动电流保持在额定电流之以内，不会对电网造成冲击，也不会对所传动的负载造成机械上的冲击，是最理想的软启动设备；液力耦合器属于直接起动类型，电动机的起动电流约为额定电流的4-7倍，易对电网造成冲击，特别是电网容量受限而电机容量较大时。

6、高压变频器可靠性高，故障率低，维修工作量小，这在众多高压变频器应用中得到证实；液力耦合器则可靠性差，特别市易漏油和打坏齿轮等，维修工作量高。

7、高压变频器一旦发生故障则可立即切出，并切换到工频运行，使负载能保持连续运行。

液力耦合器由于连接在电机和风机之间，一旦发生故障，负载便不能运行，不能保证生产的连续性。

8、高压变频器可以一机多用，即一台高压变频器可以通过开关切换设备控制几台高压电机的运行，设备利用率高；液力耦合器由于安装位置固定，只能一机一用，一台液力耦合器只能供一台负载调速使用。

9、高压变频器由于采用二极管整流，可以保证电网侧的功率因数在0.95以上；液力耦合器调速则使电网侧功率因数降低，因为风机的电机的裕量都比较大，输入电流中无功分量大，导致其在低功率因数下运行。

目前国内使用中的10kV高压变频器的品牌不少。

通过综合技术、性能、价格比较，以北京中能博瑞公司生产的BORUI牌高压变频器产品性价比为最佳。

它采用先进的功率单元串联叠波技术、空间矢量控制的正弦波PWM调制方法、新颖的全中文操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能优越、操作简便。

可应用于高压交流电动机驱动的风机、水泵类负载的调速、节能、软启动和智能控制等多种场合。

另外，由于系统结构的改进和先进技术的应用，高压变频器无需安装功率因数补偿装置，全程功率因数在95%以上，综合效率高达98%；无需加装电抗器和输入/输出侧滤波装置即可满足现场对谐波和电磁噪声污染以及对电机输出的正弦电压电流波形的严格要求。

BORUI牌高压变频器通过了国家电力科学研究院、国家电控配电设备质量监督检验中心等权威部门的严格测试。

在质量保证体系方面，公司通过了ISO 9001 -2000认证，是国内首家获得国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心KY认证的高压变频器生产企业，同时也是高压变频器国家标准的主要参与制定与支持单位之一。

BORUI牌高压变频器拥有良好的运行业绩，在产品质量和服务方面深受用户好评，在诸多应用领域处于国内领先地位。

三、系统改造技术方案引风机变频系统改造的主电气接线方案如图所示：原工频控制回路保持不变，在原高压电机10KV 开关与电机之间串联进BORUI高压变频器，取消原液力耦合器装置，增加工/变频旁路刀闸柜。

旁路柜开关选用隔离刀闸方式，其中DK1与DK3机械互锁，即DK1闭合时DK3必定断开，反之亦然。

旁路柜的作用是变频器推出运行后，将电机投入工频电网运行，以保证生产的连续性。

当引风机变频运行时，合变频器输入（DK1）、输出（DK2）隔离开关，断开旁路开关（DK3），由变频器实现引风机启停及转速控制实现风量调节；当变频回路出现故障，引风机需工频运行时，合旁路开关（DK3），断开变频器输入（DK1）、输出（DK2）隔离开关，由原系统实现引风机启停及控制。

该变频控制系统可以与DCS 连接，进行数据通讯，运行人员可以通过DCS 中的画面对引风机的工作电流、转速、输出功率以及运行、停止、故障等状态进行实时监测与控制。

经改造后的引风机控制系统主要体现出以下特点：（1）效率高，能耗低，节能效益显著，性能价格比高。

（2）启动转矩大、电流小，机械特性好。

由于采用矢量控制技术使得速度控制和瞬态响应的精度大大提高。

（3）系统动态响应速度快，调节线性度好，自动投入率高。

（4）系统抗干扰能力强，操作方便、工作可靠。

（5）采用多重化干式隔离变压器进行输入侧隔离，减小了对电网的谐波污染。

（6）具有极强的自诊断和保护功能，能够对短路、过热、过电流、过电压、欠电压、缺相等故障进行快速有效的诊断和保护。

四、BORUI-Y10 10kV 高压变频器的基本规格 型 号BORUI-Y10/096 变频器容量(kV A)1600 适配电机功率(kW)1250 额定输出电流(A)96 外型尺寸(W ×H ×D) 4300×2100×1585 BORUI 变频器控制电源切换装置6KV 母线段电3相，380V ，50Hz工作电源AC220V ，50Hz备用电源M原工频控制回路工/变频控制及切换回路引风机电机D K 1D K 3D K 2D L重量（kg）5570调制技术空间矢量控制的正弦波PWM输入频率45Hz~55Hz输出频率0Hz到120Hz分辨率0.01Hz加减速时间10秒到~1600秒额定输入电压10kV（-20%~15%）输入功率因数额定负载下>0.96效率额定负载下>0.96（含变压器）过载能力120%一分钟，150%立即保护模拟量输入两路，0~10V/4~20mA，任意设定模拟量输出两路，0~10V/4~20mA可选开关量输入输出24入/16出（可按用户要求扩展）上位通讯隔离RS485接口，MODBUS规约每相串联单元数9控制电源220V AC，1kV A运行环境温度0到40℃贮存/运输温度-40到70℃冷却方式强迫风冷环境湿度<90%,不结露安装海拔高度<1000米（超过1000米时，需降额运行）防护等级IP30五、BORUI高压变频器的主要特点BORUI系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。

由于IGBT 耐压所限，无法直接逆变输出6kV、10kV，且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。

BORUI变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。

BORUI系列高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品质量保障措施、系统安全设计和服务方面，具有以下优势和特点：输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。

无须滤波器和功率因数补偿，可直接驱动电机；系统控制电源采用220V AC和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠、操作更简便。

其他产品一般采用柜内UPS供电，在柜内高温条件下，UPS电池寿命短、故障率高，且开、停机时，操作烦琐；冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电后运行。

系统220V AC 控制电源容量仅需3kV A ，且避免了冷却风机启、停时对控制系统的干扰；功率单元工作电源为高压开关电源，直接取自单元内部电容，避免了瞬时掉电对单元的影响； 更适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为UN+15～-20%，如10kV 系列可稳定运行于11.5KV 电压条件下；瞬时停电保护功能。

当主电源失电后，变频器控制电机处于发电状态运行，为单元电容充电，并为单元控制电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。

瞬时停电时间典型值为3秒（具体时间长短与负载的转动惯量大小有关）；限流功能。

避免启动或负载突然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作；操作平台采用全中文WINNT 系统，易学易用，运行稳定；结构紧凑，体积小。

与国内同容量产品相比，柜体宽度缩小0.6～1.0米；完善的上位控制功能。

可与DCS 系统实现通讯（采用标准MODBUS 通讯规约）或I/O 方式连接。

主要器件均采用世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现100%的严格测试。