增容型變頻方案與Vacon變頻器的完美結合

1 高壓電動機變頻調速的節能意義

　　中國各種電動機的總耗電量約占全國總消費電量的60%以上，其中，高壓電動機與低壓電動機對比，數量(臺數)比例約為20%∶80%，容量(功率)比例約為60%∶40%。全國宏觀年節電能力可達：

　　25 000 億kW·h×60%×60%×30%×30%=810億kW·h。

　　相當于新建100萬kW 機組、年均運行5 000 h的大型發電廠16 座，接近于中國三峽水電站年總發電量。

　　圍繞著高壓電動機變頻調速也形成了兩條技術路線。一條是以高壓變頻為代表的基于低效率的高壓電動機的變頻單元串聯風險模式的高成本技術路線;另一條是以增容型高- 低壓變頻方案與Vacon變頻器完美結合為代表的基于高壓電動機增容提效和變頻單元并聯冗余模式的低成本技術路線。

　　2 增容型高- 低壓變頻方案與Vacon 變頻器相結合

　　增容型高-低壓變頻調速集成裝置，由多功能變壓器T、Vacon 變頻器LF、利用普通高壓電動機通過變換其定子繞組接線結構及線圈絕緣結構改制而成的增容型低壓變頻調速電動機HM′，以及低壓變頻/工頻切換開關Ct、Cf、Cw所集成，其特征在于增容型低壓變頻調速電動機HM′采用高壓電動機鐵心結構;定子繞組采用中壓絕緣結構;定子繞組采用低壓接線結構;非負荷端軸承采用絕緣結構;低壓大容量Vacon 變頻器LF 采用輸入電壓補償增容措施，如圖1所示。

　　適用范圍：

　　電網電壓3～10 kV;

　　電動機功率200～5 000 kW;

　　變頻器Vacon NX5、NX6系列200～5 000 kW;

　　變頻系統(高壓側)功率因數≥0.95;

　　變頻系統(高壓側)電壓總諧波≤1.6%(中國標準GB/T 14549-93《電能質量公共電網諧波》限定值為4%);

　　運行模式變頻/工頻，手控/自控，現場/遠控，一拖多臺;

　　控制系統PLC，DCS，FCS等。

　　增容型高- 低壓變頻方案與Vacon變頻器主要結合點如下。

　　2.1 電動機增容與Vacon變頻器工況相結合

　　眾所周知，普通交流電動機的額定功率都是按照正弦波電源設計制造的。變頻器提供給電動機的是由高載頻脈沖包絡而成的準正弦波電源，由于du/dt和di/dt的原因，導致電動機在變頻工況下損耗增加，效率和性能比率降低，運行溫度升高，額定功率下降。具體表現為：

　　1)使用變頻器導致電機效率降低大約0.5%;

　　2)附加損耗導致電機升溫，在滿載下，電機溫度更高，對于200 kW 的電機，定子損耗增加10%，熱量大約增加18 kW，轉子損耗增加100%，轉子導電條熱量增加大約60 kW;

　　3)通常降低電機負載以承受更大的損耗。

　　為此，適度增加電動機額定功率適應變頻工況勢在必行。采用本增容型高-低壓變頻方案，即可使普通高壓電動機增加額定功率1～3個標準等級，不僅完全彌補了變頻工況的功率損失，而且足以達到增產、節能和節材等多重目的。

　　本方案利用普通高壓電動機的機座和鐵心結構，改用“中壓絕緣結構”和“低壓接線結構”，實現低壓增容變頻調速。中壓的范圍為1 500～3 000 V，對比6 000 V和10 000 V的“高壓絕緣結構”，絕緣厚度可適度減薄1/2～2/3，既能長期承受數倍于額定電壓的高載頻脈沖產生的自感電勢和高次諧波峰值電壓的變頻工況，又提高了槽滿率(導線的占空比>1/3～1/2)，使額定功率提高1～3個標準功率等級，效率提高0.5%～3%，功率因數提高0.1～0.2，同功率的高壓電動機制造材料消耗可降低10%～20%。