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1、引言

包頭稀土鋁業(yè)有限責(zé)任公司是一家大型現(xiàn)代化鋁電一體化工廠,，一期工程于2003年10月28日投產(chǎn),。目前已形成88萬噸/年產(chǎn)能，配套建設(shè)的熱電機組已經(jīng)陸續(xù)建成,。包頭希鋁各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)在國內(nèi),，是一個高起點、大容量,、低污染的大型現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè),。該項目被中國光彩事業(yè)促進(jìn)會列入全國光彩事業(yè)重點項目,。公司鋁電和生物工程循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，具有的競爭力,，被授予內(nèi)蒙古自治區(qū)級循環(huán)經(jīng)濟園區(qū),。

包頭希望鋁業(yè)熱電廠總裝機容量1320MW,，電廠一期4*155MW機組、二期2*350MW機組已全部并網(wǎng)發(fā)電,。電廠現(xiàn)有2臺155MW凝汽式發(fā)電機機組運行,，隨著電網(wǎng)內(nèi)大機組的相繼投產(chǎn)，該廠的調(diào)峰任務(wù)越來越重,，峰谷差日益增大,，根據(jù)現(xiàn)場運行資料統(tǒng)計,，155MW機組每日的負(fù)荷一般在73.6MW左右。系統(tǒng)處于低負(fù)荷運行時,，系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也要隨著負(fù)荷的變化作相應(yīng)的調(diào)整,，必須通過關(guān)小擋板或閥門來調(diào)整風(fēng)量及流量。此時,，電動機輸出功率大量的能源消耗在擋板上,，節(jié)流損失很大。異步電動機在直接啟動時,，啟動電流一般達(dá)到電動機額定電流的5-7倍,，啟動電流過大將造成電網(wǎng)電壓波動，影響其他電氣設(shè)備的正常運行,，同時電動機自身繞組嚴(yán)重發(fā)熱,，加速絕緣老化，縮短使用壽命,。而高壓變頻器調(diào)速裝置可以實現(xiàn)電機的軟啟動，通過調(diào)整頻率來改變電機轉(zhuǎn)速,，滿足不同負(fù)載的工藝要求,，是解決以上矛盾的有效手段。

2,、高壓變頻器調(diào)速節(jié)能原理

2.1高壓變頻器工作原理

高壓變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度或幅度,，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的，從而實現(xiàn)電動機電壓和頻率的平滑變化,。

根據(jù)電機學(xué)原理,，交流異步電動機轉(zhuǎn)速由下式確定:

式中：n，f——分別為電動機轉(zhuǎn)速,，供電頻率,；

n，s——分別為電動機極對數(shù),，轉(zhuǎn)差率。

由式(1)可知,，電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率,、轉(zhuǎn)差率,、電機的極對數(shù)有關(guān),，改變極對數(shù)的成為變極調(diào)速，此種調(diào)速屬于有極調(diào)速,，調(diào)速不平滑,，主要用于不需要頻繁變速的地方。改變電機轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方式有：調(diào)壓調(diào)速,，電磁調(diào)速,，繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,，該種調(diào)速需要產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)差率，消耗轉(zhuǎn)差功率,，屬于低效調(diào)速,。而通過改變電機的輸入頻率的變頻調(diào)速，近似無級調(diào)速,，是高效不耗能的調(diào)速方式,，也是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的一種調(diào)速方式,。

2.2 高壓變頻器節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(或水泵)類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力(揚程)H以及軸功率P具有如下關(guān)系：

Q,，H——分別為風(fēng)量，風(fēng)壓,；

n,、T——分別為轉(zhuǎn)速,，轉(zhuǎn)矩,；

P——軸功率,。

由公式(2),、(3)、(4)可知,，風(fēng)機(或水泵)的流量與其轉(zhuǎn)速成正比,，壓力(或揚程)與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比,。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后,，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低,，驅(qū)動風(fēng)機的電機所需的電功率亦可相應(yīng)降低。因此調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是風(fēng)機節(jié)能的重要途徑,。

3．高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用情況

3.1 高壓變頻器的組成

森蘭SBH系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術(shù),，采用多個低壓變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出，屬于“高-高“電壓源型變頻器,，該變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高,，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置,，滿足IEEE519-1992國際標(biāo)準(zhǔn)和GB/T14549-93國家標(biāo)準(zhǔn)對輸入諧波的要求。輸出波形質(zhì)量好,，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音,、共模電壓等問題,，不必設(shè)置輸出濾波器,，可直接拖動普通的異步電機。

其原理框圖如圖1 所示：

電網(wǎng)輸入經(jīng)多副邊移相變壓器提供多套副邊輸出分別給功率單元供電,，再由多個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相輸出的方式構(gòu)成三相輸出，主控系統(tǒng)通過控制每個功率單元的PWM輸出來控制變頻器輸出電壓的頻率和幅值,，從而達(dá)到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。主控系統(tǒng)和單元之間通過光纖進(jìn)行通訊,，既保證信號的可靠傳輸，同時保證主控制部分與高壓部分的絕緣隔離,。

3.2高壓變頻系統(tǒng)配置方案

此次7套SBH高壓變頻器應(yīng)用于電廠一期4*155MW機組,，負(fù)載為3臺凝結(jié)水泵，功率為200kw,，4臺送風(fēng)機,，功率為630kw。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況,，7套高壓變頻器的現(xiàn)場主回路均采用手動一拖一的方案,，如下圖：

1、QS1,、QS2和QS3為3臺高壓隔離開關(guān),，QF為用戶側(cè)高壓開關(guān),。QS2,、QS3之間存在機械連鎖,。

2、刀閘開關(guān)不能帶負(fù)荷分合閘操作,。當(dāng)要對QS1,、QS2、QS3進(jìn)行操作時,，必須將上級開關(guān)分?jǐn)嚅_,，才允許進(jìn)行開關(guān)操作,。

3、QS1,、QS2閉合時,，QS3斷開時，QF閉合時,，電機由變頻器控制調(diào)速運行。QS1斷開,、QS2斷開,、QS3閉合時,，電機可由QF直接啟停并進(jìn)行保護(hù),，變頻器可和電網(wǎng)脫離,，便于維護(hù)與檢修。

3.3 運行情況及節(jié)能效益

7套高壓變頻器于2011年11月10日到11月29日完成安裝及所有現(xiàn)場調(diào)試項目,。11月30日所有設(shè)備正式投入生產(chǎn)，所有變頻器運行良好,，節(jié)能效果明顯,。

通過記錄現(xiàn)場#5爐、#6爐各兩臺送風(fēng)機變頻改造投運后的耗電量,，可以得出，相對于改造前#5爐,、#6爐一周可節(jié)電量約為49272 kwh，同比節(jié)電率為20%,，節(jié)電效果明顯,。

下表為#5爐,、#6爐風(fēng)機變頻節(jié)能周對比數(shù)據(jù)

除去檢修時間，每年按300天計算,，電費單價為0.5元/kwh，則年節(jié)省電費為：630*20%*300*24*0.5≈45萬元,。

4,、總結(jié)

我國擁有為數(shù)眾多的小型電力企業(yè)和各行業(yè)大型企業(yè)的自備電廠，這些電廠多數(shù)為中,、小型機組,，數(shù)量多，單機容量小,。不僅發(fā)電機組陳舊，其所屬的主要輔助設(shè)備也較落后,，效率低,，設(shè)備選型不當(dāng)，大馬拉小車,。風(fēng)機水泵的流量壓力調(diào)節(jié)方式基本為進(jìn)出口閘門的調(diào)節(jié)，耗能大,，經(jīng)濟效益差,，設(shè)備損壞嚴(yán)重，采用高壓變頻技術(shù)對高能耗用電設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,，不僅能直接收到降低廠用電,、降低供電煤耗,、增加上網(wǎng)電量帶來的直接經(jīng)濟效益，而且對設(shè)備的安全,、可靠運行,，減少設(shè)備故障等都起到了積極的作用,。

森蘭SBH系列高壓變頻器可靠性高,，輸入輸出波形質(zhì)量好，適合于電廠輔機的變頻調(diào)速,，能提高電廠運行和供電的可靠性,，節(jié)約大量能源,，為電廠帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。