1 引言
我国电站风机已普遍采用了高效离心风机，但实际运行效率并不高，其主要原因一是风机的调速性能差，二是运行点远离风机的最高效率点。我国现行的火电设计规程sdj-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%～10%，风压裕度分别为10%和10%～15%。这是因为在设计过程中，很难准确地计算出管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的风机型号时，只好往大机号上靠。这样，电站锅炉送引风机的风量和风压富裕度达20%～30%是比较常见的。
电站锅炉风机的风量与风压的富裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。一般情况下，采用风门调节的风机，在两者偏离10%时，效率下降8%左右；偏离20%时，效率下降20%左右；而偏离30%时，效率则下降30%以上。对于采用调节门调节风量的风机，这是一个固有的不可避免的问题。可见，锅炉送、引风机的用电量中，很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉的。因此，改进离心风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。
按照流体机械的相似定律，风机、水泵的流量q、压头（扬程）h、轴功率p与转速n之间有如下比例关系：
离心式风机在变速调节的过程中，如果不考虑管道系统阻力r的影响，且风压h随流量q成平方规律变化，则风机的效率可在一定的范围内保持最高效率不变（只有在负荷率低于80%时才略有下降）。图1示出了离心式风机不同调节方式耗电特性比较，图2示出了采用风门调节和转速调节方式时，风机的效率－流量曲线。
图1 离心式风机不同调节方式耗电特性比较
图2 不同调节方式下的风机效率的比较
由图2可知：在风机的风量由100%下降到50%时，变速调节与风门调节方式相比，风机的效率平均高出30%以上。因而，从节能的观点来看，从技术的先进性、使用的改造案例分析，变频调节方式为最佳调节方式。发电厂辅机采用定速驱动时，风机靠风门调节，水泵则靠阀门开度来调节流量，除产生大量的节流损耗外，反应速度慢，导致锅炉的燃烧自动调节系统无法投入，因而机组的协调控制无法投入，机组无法响应负荷的动态变化。辅机采用变频调速驱动后，机组的可控性提高了，响应速度加快，控制精度也提高了。从而使整个机组的经济运行性能大大改善，同时产生巨大的经济效益。
2 现场设备简介
冀中能源集团是一家以煤炭为主业的、多元发展的国有大型企业集团，公司总资产211亿元，煤炭生产能力年产2500万t，成为全国重要的焦煤生产基地之一。业务涉及煤炭、电力、建材、化工、煤化工等行业，成为最具发展实力的大型能源类上市公司。冀中能源金牛股份东庞矿矸石热电厂是以燃烧煤矸石和劣质煤来发电的资源综合利用厂，采用循环流化床机组，燃烧排放污染低，属于国家鼓励的企业。
冀中能源金牛股份东庞矿矸石热电厂按照国家资源综合利用有关政策要求，采用矸石、中煤发电和供热。矸石、中煤比例为：2500-3000kcal/kg。现装有一台130t/h循环流化床锅炉，引风机配置630kw/6kv电动机，为了实现发电过程中电能的合理节约，希望可以将130t/h锅炉引风机通过变频装置进行节能改造。经多方调研，通过招标方式，采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的jd-bp37-630f型高压变频器，对引风机进行变频拖动。改造取得了成功。现场设备引风机及电动机参数如表1和表2所示。
表1 引风机电机参数
表2 引风机参数
3 风光jd-bp37系列高压变频系统技术参数及性能特点
2007年9月，风光牌jd-bp37系列高压变频器荣获“中国名牌”称号，山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌jd-bp37系列高压变频器以高速dsp为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于iee519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。产品2003年被列为国家重点新产品，高压提升机变频调速系统2005年被列为国家火炬计划项目，获科技部中小企业技术创新基金项目资助。2007年，高压变频器荣获山东省重大节能成果奖。
3.1 jd-bp37-630f高压变频器技术参数
高压变频器主要技术参数如表3所示。
表3 jd-bp37-630f高压变频器主要技术参数
3.2 jd-bp37-630f高压变频器性能特点
风光jd-bp37系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外，还具有以下性能特点：
(1)采用高速dsp作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。
(2)飞车启动功能：能够识别电机的速度及转向并在电机不停转的情况下直接起动。为了适应国内电网波动大，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及转向按照设定曲线恢复正常运行状态，保证设备安全运行不跳闸。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，真正适应现场运行工况要求。
(3)完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频器一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，时间较长，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。我公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。
(4)旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电30s内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。
(5)线电压自动均衡技术（星点漂移技术：变频器某相有单元故障后，为了使线电压平衡，传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。在运行中，如果有任意三个单元以内出现故障，变频器本身会自动旁路该单元，同时变频器主控系统具有星点漂移功能，使三相输出线电压保持平衡，不会对电动机造成不利影响。
(6) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，避免事故的发生。
4 项目实施改造方案
4.1 主回路改造线路图
根据用户现场的实际情况，旁路柜采用了一拖一工变频自动转换方案。如图3所示。旁路柜中，共有2个高压隔离开关和2个真空接触器，为了确保不向变频器输出端反送电，km3与km4采用电气互锁。当k1、k3、km1和km3闭合，km4断开时，电机变频运行；当km1、km3断开，km4闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。
图3 自动旁路柜
图4 高压变频器外围控制回路
旁路柜必须与上级高压断路器dl连锁， dl合闸时，绝对不允许操作变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。
