高壓變頻器在循環水供熱工程中的應用

膠南市易通熱電博源熱電廠低真空循環水供熱改造工程在09年冬季供暖過程中充分顯示出其改造後的優越性，節能效果非常明顯，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

所謂低真空循環水供熱就是人為的將汽輪機凝汽器的真空降低，提高汽輪機的排汽溫度，利用汽輪機的排汽來加熱循環水，提高循環水的出口溫度，並利用其對外進 行供熱的運行方式。凝汽式汽輪機低真空供熱，對於提高博源熱電廠的運行經濟性，降低電廠的蒸汽消耗量，減少環境污染，具有重要意義。

如果將機組的排汽溫度提高到70℃，機組的發電效率下降8%，就可以將循環水溫加熱到60℃以上，儘管供水溫度不高，但採用低溫度大流量的方法，可滿足城 區東部區域大部分用戶冬季采暖的需求。一台C12MW的汽輪機組循環水放出熱量約為30882kW，按采暖熱指標50W/㎡計算，可供采暖面積為61.6 萬㎡，年可節約標煤1.2萬噸。因博源熱電廠離市區較遠，最末端用戶距離為15km，為保證該工程的可靠、經濟運行，需在循環水供熱管線的中途設供、回水 增壓泵，即設置中繼泵站。經計算中繼泵站供水泵的功率為280kW/380V，回水泵的功率為630kW/10kV。在其工程改造過程中設備選型嚴格按照 “先進實用，經濟可靠”的原則，在中繼泵站回水泵匹配的高壓電動機選用合康高壓變頻器控制，這在我們膠南熱電行業還是首台。運行實踐證明合康高壓變頻器在 安全調控、節能環保等方面確實發揮了它獨特的優勢。
變頻器輸出是將多個三相輸入、單相輸出的低壓功率單元的輸出串聯疊波得到。如額定輸出640VAC功率單元9個串聯時產生5760V相電壓。三相輸出Y接，中性點懸浮，得到驅動電動機所需的可變頻三相高壓電源。下圖為10kV變頻器系列的電壓疊加示意圖。

調速原理

交流異步電動機的輸出轉速由下式確定：N=60f（1-s）/P;式中N為電動機的輸出轉速、f為輸入的頻率、s為電動機的轉差率、P為電動機的極對數。 由公式可知，變頻器調速就是通過改變輸入到交流電動機的頻率，從而達到調節交流電動機的輸出轉速的目的。採用交-直-交直接高壓方式，將輸入的工頻 10kV交流電變換成頻率和幅值都可調節的10kV交流電輸送到電動機，實現交流電動機的變速運行。主電路開關元件為IGBT，由於IGBT耐壓所限，無 法直接逆變輸出10kV，又因開關頻率高、均壓難度大等技術難題無法完成直接串聯。合康高壓變頻器採用功率單元串聯，疊波升壓，充分利用常壓的成熟技術， 因而具有很高的可靠性。

變頻器輸出是將多個三相輸入、單相輸出的低壓功率單元的輸出串聯疊波得到。如額定輸出640VAC功率單元9個串聯時產生5760V相電壓。三相輸出Y接，中性點懸浮，得到驅動電動機所需的可變頻三相高壓電源。下圖為10kV變頻器系列的電壓疊加示意圖。
由於為功率單元提供電源的變壓器副邊繞組間有一定的相位差，從而消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，所以合康高壓變頻器輸入電流的總諧波含量（THD）遠小於國家標準5%的要求，並且能保持接近1的輸入功率因數，因此可以說是很環保的電氣設備。

節能原理

由流體力學可知，P(功率)=Q(流量)×H（壓力）。流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，所以說功率P與轉速N的立方成正比， 如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速可成比例的下降，而此時軸輸出功率成立方關係下降。即水泵電動機的耗電功率與轉速近似成立方比的關係。當 所要求的流量減少時，可調節變頻器輸出頻率使電動機轉速按比例降低，這時，電動機的功率將按立方關係大幅度地降低，比閥門調節節能40%～50%，從而達 到節電的目的，同時又提高了系統的可靠性及穩定性。

運行效果分析

回水泵高壓電動機額定功率630kW，額定電壓10kV，額定電流45.5A，功率因數0.80，額定轉速1460n/min。如果工頻運行按40A計算 （配有手動旁路，電動機w工頻運行電流為40A左右），實際消耗功率為10×401.732×0.80=554kW，當高壓變頻器運行時，實際消耗功率為 300kW左右（變頻器可自身計算功率，實時顯示）。按一個供暖週期140天計算，可節約電能（554-300）×24×140=853440kW/h。 一個供暖週期就可節約電費：850440度×0.80元/度=680352元，只用3/4供暖週期就可全部收回高壓變頻器投資成本。

使用合康高壓變頻器的優勢

採用變頻器調速後，無論哪種工藝方式都可以隨時通過調整轉速使供水系統在最佳狀態下工作。由於啟動緩慢及轉速的降低，相應地延長了許多零部件的壽命（如電 動機、水泵軸承、聯軸器及螺栓）；同時極大的減輕了對管道的衝擊，有效延長了管道的檢修週期，減少了檢修維護開支；採用變頻調節後，系統實現變頻啟動，電 動機啟動電流遠遠小於額定電流，對電網無大的衝擊，減少了啟動機械轉矩對電動機的機械損失，有效的延長了電動機的使用壽命；同時採用變頻器調速後，電動機 運行功率因數非常高（因為變頻器裝置的內濾波電容產生的改善功率因數的結果），接近於1，節約電網容量投資約20%。

綜上所述，合康高壓變頻器以其安全、良好的運行性能正快速的替代其它調速產品，全面的進入到各個行業的節能項目中。既滿足了生產要求，又達到了節約電能的目的，同時使設備維護量大大降低，為企業帶來顯著的效益。