广东粤电集团云浮电厂现有4台发电机组，其中1、2＃机组装机容量为125MW，3、4#机组装机容量为135MW。改造前1、2＃炉送风机采用挡板调节，风道压流损失严重，为了节能降耗、提高机组调节性能，我厂经多方考察认证，我们决定采用运行成熟、技术先进的变频调速方式进行改造。变频装置安装方便，只需在原断路器与电机之间串联变频装置即可，无需对负载和电机做任何改动。首先对1＃机组两台送风机进行试验改造。2006年10月份，在#1炉甲、乙侧送风机上安装了两台HARSVERT-A06/130型高压变频器。通过变频调速，实现了电机转速连续无级调速，调速范围宽，调节精度高，效率高，实现了电机的软启动，减少了启动冲击及设备磨损。正常运行后，可靠性高，基本上无维护量。通过对引风机进行变频改造而达到节能增效的目的。

1．HARSVERT-A06/130型高压变频装置原理
（1）高压变频器原理简介
　　HARSVERT-A06/130型变频装置采用多电平串联技术，6kV系统结构如图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。系统采用7＋1冗余结构，当有1级模块旁路时，系统仍能输出额定电压满负荷运行。6kV系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。  

图1：高压变频调速系统结构图 

　　每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构如图2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。

  
图2：功率单元电路结构          图3：单元输出的PWM波形 

　　输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成48脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使负载下的网侧功率因数接近1。

　　另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。

　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

　　当某一个单元出现故障时，通过使图2中的软开关节点K导通，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，高压变频器可持续降额运行；如此可减少很多场合下停机造成的损失。避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致的整机故障。保证了多电平变频器的可靠性。

 
图4：变频器输出的相电压阶梯PWM波形 

（2）该产品部分功能介绍
　　①N+1单元冗余系统。所有功率单元正常时，电压调制系数比正常的标准设备略低，当有单元出现故障旁路时，则自动提升调制系数，旁路一级时仍能够满电压输出。

　　②单模块旁路技术。每相8个模块串联，当一个功率模块故障旁路时，与之对应的同级模块仍继续工作，通过中心点偏移技术使输出电压平衡，电压输出能力为95.6%，比同级旁路时输出电压大大提高。

　　③掉电3秒不停机功能。在高压变频器高压失电3秒内，高压变频器自动减速继续运行，3秒内恢复高压变频器从最后运行频率开始恢复运行，3秒内高压未恢复变频器停机，20秒内高压恢复变频器自动执行飞车启动。

　　④低电压延时保护功能。电网电压波动在＋15～－35％U0之间，高压变频器能够实施有效的低电压延时保护功能，保证系统的可靠性。

　　⑤高压掉电恢复自动重启功能：为避免电网短时失电对企业生产造成影响，HARSVERT-A高压变频器具备来电自启动功能。当电网电压消失后，高压变频器紧急停机，如果在20秒内电源恢复（时间可设置），高压变频器会进行自动启动，恢复停机前的运行状态。

　　⑥任意转速旋转启动。为了适应国内电网波动大，现场主动力电源母线段切换的要求，系统提供旋转中再启动功能。从而在电网电压波动超过＋15～－35％U0情况下，系统能够提供有效过、欠压保护；在电网恢复正常后，自动搜索跟踪电动机转速按照设定曲线恢复正常运行状态，保证机组安全运行不跳闸。在现场主动力电源母线段切换过程中，系统自动识别网侧电压变化，系统保护不停机；待电网电压恢复后，自动启动设备运行至给定频率值，满足现场对设备的高可靠性要求。为了满足不同现场对旋转中再启动功能的需求，系统提供完备的参数设定功能，保证系统动作有效，保护得当。真正适应现场运行工况要求。

2.变频改造方案简介
　　#1炉送风机是两台双侧布置，高压变频改造前送风机的风量调节由人工调节挡板来实现。送风机及其电机参数如下：
电动机参数 
　　型号：Y500-4-6 额定电流：118.8A 
　　额定功率：1000kW 额定频率：50Hz
　　额定电压：6kV 额定转速：990r/min

　　为了充分保证系统的可靠性，高压变频器同时加装工频旁路装置，当高压变频器异常时，停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（如图5，QF为我厂原有高压开关）。其中QS2、QS3为双投隔离开关的两组刀，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。

　　高压变频调速系统内置西门子S7－200PLC，与现场DCS接口灵活方便。正常运行时，启动、停机操作，频率调整由DCS控制，同时高压变频器状态实时反馈给DCS系统。

3.高压变频器运行节能效果测试情况：

（1）高压变频器参数
型号  HARSVERT-A06/130 输入电压  6kV 
额定电流  130A 额定功率  1000kW 

（2）电机参数
额定功率  1000kW 额定电压  6kV 
额定转速  990rpn 额定电流  118.8A 

（3）节能计算
　　通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。即当电机转速降为额定转速的80％时，调速系统（高压变频器＋电机）从电网侧吸收功率约降为额定转速时的51％，因此，若工艺要求系统风量下降即送风机转速下降时，节能效果十分明显。

　　在相同运行方式及相同工况下进行测试，数据如下：
    高压变频器投运前后电机实际电流的变化
    机组负荷  变频前   变频后   节电率  
    125MW     70A      48A       25% 
    100MW     55A      29A       40% 

　　比较高压变频器改造前后，送风机电机实际消耗功率，在机组125MW负荷时，计算节电约为25％，当机组负荷为100MW，计算节电率约为40％。经统计投运前、后两个月送风机单耗，节电率为27.7％，按现行上网电价，18个月可收回全部投资。

4.空水冷却器简介
　　考虑广东地区夏天气温较高，利德华福为高压变频器配备了空水冷却器，保证设备安全运行。

　　空水冷却器外形如图6所示。从高压变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的凉水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证高压变频器室内的环境温度不高于40℃。

图6：空水冷却器外形图 

　　现场一台高压变频器配置两台空冷器（如图7），单台故障时不会对系统产生较大影响。从实际应用情况看，室内温度能控制在30℃左右，效果明显。

　　经综合计算比较，空水冷却方式的费用约为空调冷却方式的50％。

图7：空冷器与变频器布局图

5.结束语
　　高压变频装置由于其节能效果明显，特别是在低负荷时更为显著，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长电机的寿命，送风机挡板全开，消除了入口风道原有的喘振，也减少了风道的磨损。良好的节能效果和调节性能，具有广阔的推广应用前景。

　　本厂两台设备自投运以来，运行非常可靠，未出现任何故障。完全可以说，本次我厂送风机高压变频改造项目是成功的。