1 概述
    山西大唐国际运城电厂一期工程2X600MW直接空冷亚临界燃煤发电机组，自投运以来，机组运行稳定，但为了节能降耗、提高经济效益、减少对设备的磨损，在2009年8月和2010年4月分别对1#机组和2#机组共计四台引风机进行了变频技术改造，变频器选用了我公司生产的型号为HARSVERT-A06/420、功率为3550kW的高压变频调速系统。
2 系统介绍
2.1 系统各设备技术参数（见表1、表2、表3）


引风机技术参数：
2.2  HARSVERT-A06/420型高压变频器介绍：
2.2.1系统构成
    HARSVERT-A06/420高压变频器采用单元串联多电平技术，直接6.3kV输入，直接6kV输出。由移相变压器、功率单元和控制器组成，其典型结构如下图所示。

                                         图1 6kV系统结构图
    该系统由15个功率模块组成，每5个功率模块串联构成一相，三相Y连接，直接给6kV电机供电。
2.2.2输入变压器
      输入侧移相变压器将网侧高压变换为副边的多组低压，各副边绕组在绕制时采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差。
   该系统变压器副边绕组分为5级,每级电压690V，相互间移相12°，构成30脉冲整流方式。这种多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率模块引起的谐波电流，可以大大改善网侧的电流波形，使变频器网侧电流近似为正弦波，使其负载下的网侧功率因数达到0.95以上。
      另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率模块的主回路相对独立，其工作电压由各个低压绕组的输出电压来决定，工作在相对的低压状态，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。各模块间的相对电压，由变压器副边绕组的绝缘承担，避免了串联均压问题。
2.2.3  功率模块
      移相变压器的每级副边绕组的输出作为每个功率模块的三相输入。功率模块是整台变频器实现变压变频输出的基本单元，整台变频器的变压变频功能是通过单个功率模块实现的，每个功率模块都相当于一台交-直-交电压型单相低压变频器。
     功率模块整流侧用二极管三相全桥进行不控全波整流，中间采用电解电容滤波和储能，输出侧为4只IGBT组成的H桥，电路结构如下图所示。

                                                                  图2 功率模块电路结构
2.2.4输出侧结构
    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，可得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，对电缆和电机的绝缘无损坏，无须输出滤波器，就可以延长输出电缆长度，可直接用于普通电机。同时，电机的谐波损耗大大减少，消除负载机械轴承和叶片的振动。当某一个功率模块出现故障时，通过控制使输出端子短路，可将此单元旁路退出系统，变频器可保持继续运行；由此可避免很多场合下停机造成的损失。
2.2.5控制系统
      变频器控制系统接收用户的控制指令（启动、停机、急停、频率给定等），对各功率模块进行触发、封锁、旁路等控制，使变频器提供相应的频率和电压输出。控制系统还对变频器各部件的状态（如各个功率模块、变压器、风机等）进行监控，提供故障诊断信息，实现故障的报警和保护。
      为了实现控制部分和高压部分完全可靠隔离，控制器与功率模块之间采用光纤通讯技术，系统具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。
2.3变频器的旁路开关柜：
  2.3.1 每一套引风机变频器配置一套手动旁路柜，直接控制变频器的输入输出，通过旁路柜的切换操作来实现引风机的工频、变频运行方式的切换。工频、变频侧隔离开关之间采用机械互锁和电气互锁相结合方式，安全可靠。
  2.3.2机组正常运行时，两台引风机同时采用变频方式运行。当引风机变频器出现严重故障时可手动旁路柜切换成工频方式运行，旁路柜具有明显断点，实现完全电气隔离，为变频器的检修提供了隔离措施。
  见图3中QF1为6kV高压断路器，QS11、QS12分别为变频器的输入、输出隔离开关，QS13为手动旁路隔离开关，闭合QS13，电机可以实现手动旁路运行。 
　　                             图3旁路柜
2.4  变频器的冷却方式：
      由于变频器本体在运行过程中有一定的热量散失，为保证变频器具有良好的运行环境，需要为变频器室配备独立的冷却系统。根据运电现场实际安装位置环境空气的清洁度、核算设备的发热总量、综合考虑冷却系统的改造费用和运营成本等因素，提出新型的冷却方案：变频器功率模块柜安装强制密闭冷却系统，该设备冷却效率高、节省电能、维护量小、无故障运行时间长，改造费用与普通室内空调相当。
      强制密闭冷却系统与变频器功率柜一体化设计，附着于功率柜顶部。其制冷压缩机组安装于变频器配电室屋顶。该系统配置大小两个制冷压缩机组，并配有PLC调节运行，根据季节的变换，39℃投一台压缩机，温度达到41。5℃通过PLC投第二套压缩机，加强制冷设备的制冷量。当两台压缩机均发生故障时，运行环境温度达到43℃时，通过PLC解除电磁锁，打开变频器功率柜门，实现自然通风散热。
      强制密闭冷却系统能够保证变频功率柜始终处于33～40℃运行环境，避免环境温度和粉尘对设备的不利影响、节省电能、大幅度延长滤网更换周期减少现场维护量。
       除此之外,用户在大约130平米的变频室安装了四台10 P的柜式空调来控制环境温度,因此移相变压器的温度也被很好的控制在一个稳定的较低的温度。
3、引风机系统运行 　　
  变频调速系统电源取自6kV电压等级的主动力电源系统，根据运行工况按设定程序，实现对引风机电动机转速控制。
3.1  变频器调节方式
    正常情况下，静叶全开，引风机变频方式长期运转。高压变频器受DCS控制时分自动、手动两种方式。手动状态时，运行人员通过改变画面转速控制块控制高压变频器转速。自动状态时，根据DCS内部设定的炉膛负压定值、负荷自动控制高压变频器转速。风机变频运行时，“高压变频器重故障”联跳该风机的高压开关。
3.2  引风机调节方式
  3.2.1、变频调节。根据不同负荷下的风量、炉膛负压变化情况，调节引风机转速控制炉膛负压稳定。 　
    3.2.2、静叶调节。负荷低时，系统就会采用静叶节流调节控制，以免风机抢风或高压变频器工频方式下静叶调节。
3.3引风机变频调速控制：

                       图4 不同转速下的特性曲线图
   低频抢风：引风机不同转速下的特性曲线见图4，可以看出转速不同，相应的驼峰点和驼峰流量也不同。转速越低，驼峰点越向左移，驼峰流量越小，把不同转速下的驼峰点连接起来，就构成了一条曲线，曲线右侧为稳定工作区，曲线左侧为不稳定区。称驼峰流量为极限流量，相应的驼峰点连接曲线称之为喘振抢风极限线。显然，只要在低频下，只要控制引风机的流量，使其大于极限流量，则风机便不会发生抢风问题。或通过静叶节流，改变引风机管路特性以达并列点。发生抢风时，应将引风机静叶慢慢关闭以达到并列点，关闭时注意负压变化，再适当增大引风机频率，低频时尽量维持引风机在极限流量以上运行。
      启动并列：引风机启动,可以直接用变频方式，启动后出口门联开正常后，高压变频器自动从0hz开始升速到20hz，然后根据需要进行转速和静叶的调整，低负荷时并列引风机，最好通过风机静叶节流后，工频方式下并列以免抢风，并列成功后随负荷增加，再慢慢将静叶全开，再将频率降低，最后再将频率投自动。
4  变频器节能改造效果分析：
4.1  节能理论：

                                                           图5
      风机调整特性见图5。风机的正常工作点为A，当风量需要从Q1 调到Q2 时，采用挡板调节，管网特性曲线由R1改变为R2，其工作点调至B点，其功率为OQ2BH2’所围成的面积，其功率变化很小，而其效率却随之降低。当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变设备的性能曲线，图中从n1 到n2,其工作点调至C点，使其参数满足工艺要求，其功率为OQ2BH2 所围成的面积，同时其效率曲线也随之平移，依然工作在高效区。由于功率随转速3次方变化，故节能效果显著。

 Q1、 H1、 P1----风机在n1转速时的流量、压力、轴功率；
Q2、 H2 、 P2------风机在n2转速时的流量、压力、轴功率。
  由此可知，风机的流量与其转速成正比，压力与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当风机转速降低后，其轴功率所需的电功率亦可相应降低。通过变频改变风机转速，如n2/n1降低1/2，则P2/P1=1/8，由于轴功率与转速的三次方成正比，因此可节电87.5%，降低转速可大大降低轴功率。
4.2  节能效果分析： 　　
    在不同工况下，引风机系统技改前、后实际运行参数见表4：

                                                   表4
  以近期负荷率 70%，结合上表估算到两台引风机每小时可节约电流280A。
折合电量为: P=√3 UICOS∮=√3×6×280×0.857 = 2493.66kW/h 　　
该公司上网电价0.3153元/ kW/h，每小时节电约合人民币786.25元。按去年全年火电设备利用小时数5633小时计算约442.894625万元/2台引风机，而改造2台引风机的成本为520万元，运行1.17年可全部收回成本。
4.3  其它性能分析： 　　
   引风机变频调速改造使得变频启动时，基本上无冲击电流，其电流是从零开始，随着转速的上升而增加，最大不会超过额定电流，这就消除了对电机的冲击力，解决了启动时大电流对电机的冲击，随着电机耗能的下降，电机发热量也随之减少，延长了电机的使用寿命。变频调速运行时，由于低风量时的转速低，这就降低了风机及系统的噪声，改善了运行环境。同时变频运行时，引风机挡板全开，也减少了风道的振动与磨损。
5  结束语 　　
  通过以上介绍和分析，我公司3550kW变频器在600MW机组引风机上的改造节能效果是明显的，用户也是十分满意的。现在大唐国际运城电厂1#机组两套引风机变频器已稳定运行半年多，2#机组两套引风机变频器已安装调试完毕，马上投入运行。