1 引言
　　我国火电厂尤其是老厂主要用电设备存在较严重的能源浪费现象，一般老厂自用电占发电量的9%~10%，其中送风又占自用电的10%，引风机占15%，给水泵占20%。而新建电厂自用电占发电量的6%左右，可见节能降耗的潜力是很大的。为此各火电厂都把挖潜节能降耗的工作提到议事日程，从技术改造着手，寻求节能降耗的途径和办法。变频调速技术无疑是电厂风机水泵节能的重要途径。
2高压变频节能原理
　　异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的，在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率，因而消耗转差功率小，效率高，是异步电动机较为合理的调速方法。
　　由公式n＝60f/p（1-s）可以看出，若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前，变频调速已成为异步电动机较主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。
　　高压变频调速具有如下显著的优点：
　　（1）由负载档板或阀门调节导致的大量节流损失，在变频改造后不再有节流损失。
　　（2）网侧功率因数明显提高。
　　（3）可实现零转速启动，避免启动冲击电流，减轻了冲击扭振。
　　（4）高压变频器本身损耗极小，整机效率在97％以上。
　　对离心式风机而言，流体力学有以下原理：输出风量Q与转速n成正比；输出压力H与转速n的平方成正比；输出轴功率P与转速n的立方成正比；即：
　　Q1/Q2＝n1/n2，H1/H2＝（n1/n2）2，P1/P2＝（n1/n2）3
　　当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机低于额定转速时，理论节电为：
　　E=〔1-（ n′/n）3〕×P×T （kW·h）
　　式中： n是额定转速，n′是实际转速，P是额定转速时电机功率，T是工作时间。
　　可见，通过变频对风机进行改造，不但节能，而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。
3风光公司高压变频调速系统技术特点
　　风光牌JD-BP38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。具体来说，风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外，还具有以下突出特点：
　　（1）采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，控制更精准。
　　（2）飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。
　　（3）完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统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，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。新风光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运行的功能，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3s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。
　　（6）单元直流电压检测：实时显示检测系统的直流电压，从而实现输出电压的优化控制，降低谐波含量，保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。
　　（7）单元内电解电容因采取了公司专利技术，可以将其使用寿命提高1倍。
　　（8） 散热结构设计合理，单元串联多重化并联结构，IGBT承受的电压较低，可以有较宽的过压范围（≥1.15Ue），设备可靠性更高。
　　（9） 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。
　　（10） 限流功能：当变频器输出电流超过设定值，变频器将自动限制电流输出，避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护，最大限度减少停机次数。
　　（11） 故障自复位功能：当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时，可自动复位，继续运行。
4  高压变频器在昆明盐矿电厂的应用
　　昆明盐矿1993年6月建成投产，是云南省较大的盐及盐化工原料生产基地，云南省第一家无磷环保型洗涤助剂生产企业。昆明盐矿自备电厂45t锅炉配用一台送风机配用电机功率315kW/10kV，一台引风机配用电机功率400kW/10kV。该厂近年来，机组压负荷调峰和两班制调速运行时间占机组运行小时数的60%，引、送风机长期处在节流运行。针对上述能源浪费的现象，该厂在2009年机组大修，对100MW机组的引、送风机采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频器，进行变频节能改造。
4.1高压变频器主回路控制方案

　　改造前：原系统10kV高压开关柜至电机，电机与风机直接连接，通过风门挡板的开度来调节流量。
　　改造后：系统10kV高压开关柜至风光高压变频器，风光高压变频器与电机相连，通过调节电机的转速来调节流量，电机与风机间不用做任何改动，且变频调节时风门档板可全开。
　　根据现场要求，此次2台变频器采用一拖一手动旁路控制方案，其一次电路如图1所示。

　　图1旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行；当K1、K3断开，K2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。
　　旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。
　　故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入；旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。
　　保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。
4.2高压变频器控制逻辑

　　利用DCS控制系统的预留点，设计高压变频改造控制、运行监视系统，系统包括工、变频的运行、停止命令按钮；转速调节按钮；变频器复位按钮、紧急停止按钮；变频器运行电流、电机转速显示；高压柜以及变频合闸显示；变频器故障报警显示。
　　DCS系统输出 4~20mA电流信号控制JD-BP38高压变频调速系统的运行频率， 来控制电机的运行转速。JD-BP38高压变频调速系统反馈4~20mA电流信号指示JD-BP38高压变频调速系统的输出频率、输出电流。JD-BP38高压变频调速系统同时接收DCS控制系统的启动、停止、急停、复位控制信号，调整运行状态。
　　当JD-BP38高压变频调速系统故障时，系统输出故障停机和报警信息，用于提示用户启动故障处理措施，同时JD-BP38高压变频调速系统将信号发送给DCS，在DCS系统上显示故障，以便于及时的排除故障。如果系统出现紧急情况，DCS监视人员立即点击变频器紧急停止按钮，此时变频器立即封锁输出，并及时跳开高压断路器开关。
　　为保证JD-BP38高压变频调速系统操作的安全性，需从改造电机的进线开关柜把断路器的状态信号接入JD-BP38高压变频调速系统。JD-BP38高压变频调速系统输出的故障跳闸信号接入断路器的分闸回路，连跳高压信号接入安全回路，当出现严重故障时及时跳开断路器，保护JD-BP38高压变频调速系统及电机。
　　如图2所示，当所有开机条件都具备后，DCS发出变频运行命令，变频器内置PLC发出“合闸”信号至10kV高压柜，高压断路器开关合闸，变频器进行软充电，5S后充电完成，变频器处于就绪状态，由DCS给出4~20mA信号控制变频器频率来改变电机转速。
4.3高压变频器运行及试验测试
　　改造后，对高压变频器进行模拟调试、空载调试、带负荷调试都达到了设计要求。测试项目及结果是：
　　（1） 功率因数测试：引、送风电机功率因数均在0.97~0.99。
　　（2） 变频器效率测试：两台变频器效率均在97%~98%。
　　（3） 变频器对公用电网的谐波影响测试：测试10kV电网系统总畸变率1.48%~1.84%，符合国家标准小于4%的规定，测试110kV、220kV电网系统总畸变率1.02%~1.42%，符合国家标准小于2%的规定。
　　（4） 用变频和工频启动电流比较：变频启动电流小，电流平滑上升，工频启动电流则是额定电流的6~7倍，启动时冲击电流大，直接威胁电机安全运行和使用寿命缩短。
　　（5） 变频器频率范围和精度测试：变频器频率调节的范围0~50Hz，调节范围宽、调节灵活，达到设计要求的±3%。
4.4变频改造节能情况
　　2009年12月23日，变频器正式投入运行，至今运行良好。变频器使用方便，可靠稳定，维护量小。改造达到了预期目的。
　　（1）直接经济效益分析
　　引风机、送风机长期在低负荷运行（60～100MW）时，电机频率一般为30~47Hz范围，并且长时间运行在40Hz左右，昆明盐矿发电厂节能服务中心对风机正常运行时参数实际测量：测试结果为315kW/10kV节电率为38%，400 kW/10kV节电率为40%。
　　根据上面的测试结果，一台机组按照每年运行5500小时计算，
　　每台机组每年可节约电量=引送风机容量×机组年运行小时数×变频器平均节电率
　　=（315kW×38%+400kW×40%）×5500h=1538350kW?h；
　　增加上网电价收入=年节约电量×上网电价=1538350kW?h×0.25元/kW?h=384587.5元；
　　年节约标煤量=年节约电量×供电煤耗=1538350kW?h×0.42kg/kW?h=646107kg；
　　年节约煤碳购置费用=年节约标煤量×标煤单价=646.107t×800元/t=516885.6元。
　　采用变频调速的经济效益是可观的。
　　（2） 间接经济效益分析
　　用变频器启动电机，对电机、电缆、开关等无冲击电流（用工频启动时，启动电流是电机额定电流的6~7倍，经常造成电机、电缆、开关损坏，机组被迫减负荷或停机）。设备随生产工艺变负荷运行，大大降低了设备负荷率，延长了风机、电机等设备的使用寿命。减少设备维护费用和违约电量造成的经济损失。这部分隐形的间接效益也是可观的，每年节约50~100万元左右。
5 结束语
　　随着厂网分开，竞价上网日趋激烈，如何降低发电成本，提高发电企业竞价上网的竞争能力，加强内部管理，挖潜节能是电厂必须认真研究的一件大事，采用高压变频器对电厂高能耗用电设备如送风机、引风机、给水泵、循环水泵等进行技术改造，不仅能收到直接的降低厂用电、降低供电煤耗，增大上网电量带来的直接经济效益，而且设备乃至机组的安全可靠性提高，减少机组故障带来的隐形经济效益。高压变频器技术在发电厂有值得推广应用的广阔空间。