（中国市政工程西南设计研究总院有限公司浙江杭州310053）
摘要：本文阐述了高压变频调速装置在10kV电机中的节能应用，叙述了该装置的控制方案，并进行了节能改造分析。分析结果标明，高压变频调速装置具有显著的节能效果，能有效的提高综合经济效益。
关键词：高压变频调速；装置；节能；运用
0引言
随着功率元器件耐压等级的不断提升及计算机技术的日益发展，高压变频技术的运用已日渐普遍。为了进一步节约能源，在对工业现场10kv电机设备运行状况进行分析及研究后，决定采用高压变频调速装置对其进行节能改造，并取得了良好的效果。
一、高压变频调速装置的选型及特点
变频器根据逆变环节的不同，分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类。交-直-交变频器根据直流环节的不同，又可以分为电流源型变频器和电压源型变频器。
本文选用的LP牌SolidDrive系列高压变频调速装置为电压源型变频器，其具有以下特点：
1.1LP牌高压变频装置采用了单元串联多电平技术，其设备主要由移相变压器柜、单元柜和控制柜三部分组成。
1.2在闭环运行模式下，变频器会根据与期望值的偏差，自动调节被控量的实际值，从而实现自动调节。
1.3变频装置具有较为高效的功率因数，在正常使用的电机转速范围内（10%—100%），电机运行功率因数能达到0.96及以上。
1.4使用了移相多重化整流逆变技术，无需另置谐波治理装置，更不会对电网造成污染。
1.5具有平均96%——99%的高效率，不需要另外增加滤波器就可提供畸变的正弦输出电压和标准的正弦电流，不会额外增加原有电机的转动噪音，更不会附加有外应力。
1.6具有高压进、高压出功能，不需要输出变压器。
1.7可以对设备进行无冲击电流起动方式启动，具有很高的可靠性和快速维修功能。
1.8具有旁路切换功能：在变频出现轻故障时能快速切除出故障单元，同时自动对输出功率进行调整，以保证设备的正常运行。
1.9具有变频、工频相互切换功能。
二、高压变频调速装置的控制方案及系统配置
变频改造采用一拖一的独立运行方式，配备旁路开关，当变频器出现重故障或设备检修时采用旁路工频运行，更好的保证设备的安全运行。该高压变频调速装置具有完善的自控能力，并且精准的接入到总厂的DCS控制系统中，根据设备运行状况制定设备联锁关系，方便于控制。高压变频调速装置的电气回路的简图如图1。
以上简图由3个高压真空接触器KM1~KM3和2个高压隔离开关QS1和QS2及变频器组成。KM1、KM2负责变频启动，KM3负责工频启动，它们不能同时闭合，在电气上实现互锁。变频运行状态时，确定KM3在断开位置，刀闸QS1、QS2在合上位置，KM1和KM2闭合，合上用户上级开关，变频自检正常后启动运行；工频运行时，确认KM1和KM2断开，KM3闭合，再合用户上级开关，进入工频状态。当变频器出现重故障时自动分断变频回路接触器，转工频运行。变频运行时，变频器断开KM1和KM2，合出线旁路KM3，使运行设备在工频电源下正常运行，改用原来的运行方式，以保证生产的安全运行。
三、高压变频调速装置改造分析
3.1节能分析
对工频运行的设备，通过挡板、阀门等方式进行流量的控制，必然造成资源浪费。而通过变频调节，则是广泛、有效的节能方式。
根据流体力学的知识可知，流量、扬程、消耗的能量和转速之间有下面的关系：：设备的流量和电机转速成正比；2：设备的扬程和电机转速的平方成正比；3：设备消耗的轴功率跟电机转速的立方成正比。根据电机学的原理，电机转速公式：，式中n、f、s、p分别表示电机转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数。
当系统采用变频调节时，直接通过改变频率来改变电动机的转速以满足不同工况的需求。此时电机消耗的能量将会以与电机转速立方的关系下降，因此变频调速的节电效果非常显著。变频调速方式调速范围宽，线性度很好，其本身的电子损耗很低，因而无论在轻载还是满载都有很高的效率。
3.2变频改造前后比较
以1台630kW的1#泵电机为例，电机的额定转速1490r/min，功率为630kW，功率因数为0.85，电压为10kV，额定电流为43A，在运行时的工作电流31.6A，消耗的工频功率P工频=1.732×U×I×cosθ=1.732×10kV×31.6A×0.85≈465kW。其他电机消耗功率如下：1#泵：465kW，2#泵：465kW，3#泵：232.5kW，4#泵：232.5kW。
变频改造时，原有的设备都无需改动，只要在电机的输入端进行变频改造，将原来直接接入电机的10kV高压电缆线接入高压变频调速装置的输入端，然后由高压变频调速装置的输出端接入电机的接入端，即可对电机进行变频节能。同时配有变频旁路装置，在变频出现重故障需要停机检修时，经旁路回到原有的控制方式。
采用变频调速后，运行频率约为40Hz，变频前后功率比P变频/P工频为：ηP＝（n1/n2）3/η。其中：变频器效率η=0.98。由此可得变频后达到相同运行工况时，电机所消耗的功率P变频约为：P变频=（n1/n2）3P工频/η=（f1/f2）3P工频/η=（40/50）3×465/0.98≈243kW。变频后节约的电能为：ΔP=P工频－P变频=465kW－243kW=222kW，节电率为：η节＝（ΔP/P工频）×100％＝（222kW/465kW）×100％≈47.7%。同等工况条件下，变频器一年运行（7450小时）节省的电能约为：W=222kW×7450小时/年=1653900（kWh）。
同理可得，其他泵年节约电量：1#泵1653900kWh，2#泵1653900kWh，3#泵826950kWh，4#泵826950kWh，节电率47.7%。四台设备经高压变频装置改造后年节约总电量4961700kWh。
四、结论
本文通过将高压变频调速装置运用于10kV电机中，并进行节能和变频改造前后对比分析，论证了高压变频调速装置能直接有效的减少能源消耗，起到明显的节能效果。
参考文献：
[1]电气传动与变频技术ISBN：9787122093271出版社：化学工业出版社，2011.
[2]刘志强.高压变频器在电厂锅炉风机上的应用[J].神华科技，2010.
作者简介：
倪利锋男，学历：硕士研究生研究方向：变流器、工业电气设计