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 軸流通風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象分析及預(yù)防措施 摘要：就礦井軸流和離心兩種風(fēng)機(jī)并用發(fā)生的喘振現(xiàn)象，對(duì)喘振產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，指出了如何對(duì)喘振進(jìn)行判斷，并給出了幾種消除喘振的解決方案。 0 引言 廣元榮山煤礦炭廠坡井主通風(fēng)機(jī)使用的是我院生產(chǎn)的FBCDZ№18/2&imes;132kW煤礦地面用防爆抽出式對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)，在使用過(guò)程中出現(xiàn)了風(fēng)量、風(fēng)壓和電流大幅度波動(dòng)，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)增大，噪聲增高的喘振現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)已經(jīng)無(wú)法正常工作。為了減小對(duì)生產(chǎn)的影響，采取了一些臨時(shí)性措施（如降低二級(jí)電機(jī)運(yùn)行頻率，或者分別調(diào)大一級(jí)、調(diào)小二級(jí)葉片安裝角度），消除了喘振現(xiàn)象，但卻降低了通風(fēng)系統(tǒng)效率。 1 風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象及原因分析 風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振的現(xiàn)象及特點(diǎn)： (1)風(fēng)機(jī)抽出的風(fēng)量時(shí)大時(shí)小，產(chǎn)生的風(fēng)壓時(shí)高時(shí)低，系統(tǒng)內(nèi)氣體的壓力和流量也發(fā)生很大的波動(dòng)； （2）風(fēng)機(jī)二級(jí)電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)很大，最大波動(dòng)值有50A左右； （3）風(fēng)機(jī)機(jī)體產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，風(fēng)機(jī)房地面、墻壁以及房?jī)?nèi)空氣都有明顯的抖動(dòng)； （4）風(fēng)機(jī)發(fā)出“呼嚕、呼嚕&dquo;的聲音，使噪聲劇增； （5）風(fēng)量、風(fēng)壓、電流、振動(dòng)、噪聲均發(fā)生周期性的明顯變化，持續(xù)一個(gè)周期時(shí)間在8s左右。 根據(jù)對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)做的大量性能試驗(yàn)來(lái)看，軸流式通風(fēng)機(jī)的p－Q性能曲線是一組帶有駝峰形狀的曲線[1]（這是風(fēng)機(jī)的固有特性，只是軸流式通風(fēng)機(jī)相對(duì)比較敏感），如圖1所示。當(dāng)工況點(diǎn)處于B點(diǎn)（臨界點(diǎn)） 左側(cè)B、C之間工作時(shí)，將會(huì)發(fā)生喘振，將這個(gè)區(qū)域劃為非穩(wěn)定區(qū)域。炭廠坡井主通風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振，說(shuō)明其工況已落到B、C之間。   通過(guò)對(duì)榮山煤礦實(shí)地調(diào)查分析得知：該礦礦井的通風(fēng)方式采用的是兩翼對(duì)角式抽風(fēng)，如圖2所示，該礦有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，兩個(gè)回風(fēng)口。兩個(gè)回風(fēng)口分別負(fù)責(zé)東、西兩個(gè)大的采區(qū)工作面的通風(fēng)，東面（二重巖）采用離心式抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，西面（炭廠坡）采用我院生產(chǎn)的軸流式通風(fēng)機(jī)抽風(fēng)。顯然公用風(fēng)路上的風(fēng)量是兩臺(tái)風(fēng)機(jī)共同作用的結(jié)果，而每臺(tái)風(fēng)機(jī)又都單獨(dú)承擔(dān)了克服公用風(fēng)路和其專用風(fēng)路上的阻力，所以在公用風(fēng)路上每臺(tái)風(fēng)機(jī)均多承擔(dān)了一部分風(fēng)壓。若公用風(fēng)路上的風(fēng)阻越大，所通過(guò)的風(fēng)量越多，則所消耗的風(fēng)壓亦越大，故每臺(tái)風(fēng)機(jī)所多承擔(dān)的風(fēng)壓也增多[2]。再加上該礦在風(fēng)量分流處的管網(wǎng)布置錯(cuò)綜復(fù)雜，礦井通風(fēng)的正常狀況也就很難得到保障，所以使安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重的影響。而且隨著通風(fēng)管網(wǎng)的擴(kuò)展，采區(qū)在增加，阻力也會(huì)增大，綜合分析，得出這樣的結(jié)論：炭廠坡井通風(fēng)機(jī)喘振是由于系統(tǒng)阻力太大所致。 2 喘振的判斷與消除措施 一般來(lái)說(shuō)，影響通風(fēng)機(jī)的喘振的因素很多，很難用理論計(jì)算方法準(zhǔn)確地求出喘振點(diǎn)，風(fēng)機(jī)廠家給出的風(fēng)機(jī)說(shuō)明書(shū)上的喘振點(diǎn)，是根據(jù)通風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定的。在煤礦實(shí)際生產(chǎn)中，由于受到環(huán)境的影響，同時(shí)管網(wǎng)布置錯(cuò)綜復(fù)雜，新巷道的不斷擴(kuò)展，舊巷道的不斷廢棄，導(dǎo)致巷道阻力經(jīng)常發(fā)生變化，因此，出現(xiàn)喘振的可能性時(shí)時(shí)存在。這就要求時(shí)時(shí)提高警惕，做好預(yù)防和消除喘振的措施。 在生產(chǎn)過(guò)程中，可從5個(gè)方面判斷通風(fēng)機(jī)是否在喘振點(diǎn)附近運(yùn)行。 （1）根據(jù)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行聲音來(lái)判斷：通風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工況工作時(shí)，其噪聲是平穩(wěn)連續(xù)的；當(dāng)接近喘振工況工作時(shí)，由于氣體在通風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)之間發(fā)生周期性的氣體脈動(dòng)[3]，而產(chǎn)生周期性“呼嚕，呼嚕&dquo;的聲音，這時(shí)的噪聲也明顯增大。 （2）根據(jù)通風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力來(lái)判斷：通風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工況工作時(shí)，其通風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力是穩(wěn)定的；當(dāng)接近喘振工況工作時(shí)，由于氣流脈動(dòng)，通風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力會(huì)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。 （3）根據(jù)通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量來(lái)判斷：通風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工況工作時(shí)，其通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量是穩(wěn)定的；當(dāng)接近喘振工況工作時(shí)，由于氣流脈動(dòng)，通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量會(huì)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。 （4）根據(jù)通風(fēng)機(jī)電機(jī)電流來(lái)判斷：通風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工況工作時(shí)，電機(jī)電流變化平穩(wěn)，波動(dòng)幅度很??；當(dāng)接近喘振點(diǎn)工況工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)二級(jí)電流會(huì)產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，且波動(dòng)幅度隨著喘振強(qiáng)度增大而逐漸增加，但一級(jí)電流變化不是很明顯。 （5）通過(guò)觀察通風(fēng)機(jī)的振動(dòng)：通風(fēng)機(jī)在穩(wěn)定工況工作時(shí)，一般振動(dòng)都在許可范圍內(nèi)；當(dāng)接近喘振點(diǎn)工況工作時(shí)，由于氣流脈動(dòng)，整個(gè)機(jī)組和管網(wǎng)都會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)[3]，且振動(dòng)強(qiáng)度隨著喘振強(qiáng)度增大而逐漸增大。 因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)觀察到上述現(xiàn)象之一時(shí)，就不要再增加管網(wǎng)阻力，以免加劇喘振，應(yīng)立即查找原因，采取相應(yīng)措施，及時(shí)消除隱患。 當(dāng)通風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，說(shuō)明工況點(diǎn)已經(jīng)落在了非穩(wěn)定區(qū)域，應(yīng)積極采取有效措施消除喘振，減小對(duì)通風(fēng)機(jī)的損傷和對(duì)生產(chǎn)的影響。若想消除喘振，就得把工況點(diǎn)移到穩(wěn)定區(qū)域。 根據(jù)實(shí)際解決的情況以及大量的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了7條消除喘振的措施。 （1）打開(kāi)一部分靠近通風(fēng)機(jī)集流器前段的水平風(fēng)門(mén)或者防爆門(mén)，使外界空氣能夠少量溢入通風(fēng)機(jī)，此時(shí)，外界風(fēng)路與原網(wǎng)路并聯(lián)工作，工況點(diǎn)由原來(lái)的非穩(wěn)定區(qū)域移到穩(wěn)定區(qū)域，喘振即可消除，但是這種方法能量損失比較大，只能作為臨時(shí)性措施[4]。 （2）可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)小通風(fēng)機(jī)二級(jí)葉片的安裝角度，如果有使用變頻器啟動(dòng)的，可以通過(guò)調(diào)低通風(fēng)機(jī)二級(jí)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率，這樣也可以消除喘振，但是這種方法實(shí)際上是降低了通風(fēng)機(jī)的使用能力，也只能作為臨時(shí)性措施。 （3）風(fēng)流經(jīng)過(guò)巷道的某些區(qū)域，由于風(fēng)流速度的大小或方向發(fā)生急劇變化，引起空氣微團(tuán)劇烈碰撞，也有可能形成局部紊流，造成風(fēng)流的能量損失，因此，可以通過(guò)改變巷道局部阻力的方法降低巷道阻力，這樣就可以消除喘振。 降低巷道局部阻力，不但工程量小，而且可以取得良好效果，在現(xiàn)代生產(chǎn)中，一般都采用這種方法。降低巷道局部阻力主要方法：①改突然擴(kuò)大斷面為逐漸擴(kuò)大斷面；②改突然縮小斷面為逐漸縮小斷面；③轉(zhuǎn)彎處采用合理的曲率半徑；④采用合理的風(fēng)橋結(jié)構(gòu)[4]。 （4）擴(kuò)大阻力較大的巷道斷面積[4]。 （5）清理巷道內(nèi)的廢棄物料，修整巷道斷面光整度，使通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)流暢。 （6）根據(jù)實(shí)際情況，改變井下通風(fēng)管網(wǎng)布置，如并聯(lián)井下局部巷道可以改善系統(tǒng)阻力。 （7）更換使用更大功率、低轉(zhuǎn)速的通風(fēng)機(jī)，當(dāng)然這種方法對(duì)財(cái)力、人力、物力都需要很大的投入。 3 結(jié)論 （1）在通風(fēng)系統(tǒng)改造之前，應(yīng)當(dāng)正確估算工況點(diǎn)位置，適當(dāng)調(diào)整，使其工況處在穩(wěn)定區(qū)域，并與最高風(fēng)壓點(diǎn)有一定的剩余量，避免喘振現(xiàn)象出現(xiàn)[4]，為以后礦井的擴(kuò)建做好準(zhǔn)備。 （2）需要在日常生活中時(shí)常注意主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，做好時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，有問(wèn)題及時(shí)報(bào)告，防止喘振事故發(fā)生。 （3）若產(chǎn)生喘振，應(yīng)首先采取臨時(shí)性措施消除喘振，以保護(hù)風(fēng)機(jī)，然后再根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)措施消除隱患，減少對(duì)生產(chǎn)的影響。 （4）喘振的危害比較大，當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，否則可能會(huì)出現(xiàn)折斷通風(fēng)機(jī)葉片等事故的發(fā)生，給生產(chǎn)和礦井帶來(lái)無(wú)法估量的損失。   參 考 文 獻(xiàn)   [1] 孟凡綏. 軸流式風(fēng)機(jī)喘振分析[J].華北電力技術(shù)，2001（12）：48-49. [2] 李慶軍,侯國(guó)忠,黃曉波.淺談多風(fēng)井多風(fēng)機(jī)分區(qū)并聯(lián)通風(fēng)[J].煤炭技術(shù)，2005（2）：67-68. [3] 武瑞林.煤氣鼓風(fēng)機(jī)的喘振現(xiàn)象及其預(yù)防[J]. 燃料與化工，1997（5）:281-283. [4] 陳靜媛，孫華，等.風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象分析及消除措施[J].煤礦機(jī)械，2000（3）：41-42.    

中等功率風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓等級(jí)的合理選擇 摘要：著重探討了中功率段（220～1500kW）通風(fēng)機(jī)合理選擇其驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓等級(jí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。提出了中等功率段通風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速在目前階段比較適用的“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓中功率電機(jī)&dquo;方案（高-低壓方案），并針對(duì)方案應(yīng)用低壓中等功率變頻器需要注意的周邊相關(guān)技術(shù)問(wèn)題作了簡(jiǎn)要說(shuō)明。   1  引言 中等功率等級(jí)的風(fēng)機(jī)（220～1500kW）應(yīng)用面很廣。其中很大一部分的風(fēng)機(jī)需要變工況運(yùn)行。以往由于電機(jī)調(diào)速手段的落后，風(fēng)機(jī)的變工況（流量、壓力）調(diào)節(jié)，主要采用出、進(jìn)口導(dǎo)葉擋板調(diào)節(jié)、液力耦合器調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和轉(zhuǎn)子回路串電阻等作為變工況運(yùn)行的調(diào)節(jié)措施，這些調(diào)節(jié)方式不是耗能?chē)?yán)重，就是存在調(diào)節(jié)性能差、運(yùn)行可靠性低等缺點(diǎn)。近年來(lái)，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日趨成熟，并已成為大多數(shù)風(fēng)機(jī)裝置設(shè)計(jì)、運(yùn)行人員的首選節(jié)能調(diào)速運(yùn)行方案。 作為一種高效調(diào)速節(jié)能技術(shù)手段，變頻調(diào)速方案在低功率段（220kW以下）風(fēng)機(jī)裝置中得到了日益廣泛的應(yīng)用，其主要得益于近階段交流低壓變頻技術(shù)的日益成熟和其性價(jià)的不斷提高，由此也給廣大用戶帶來(lái)的良好的節(jié)能收益回報(bào)。相比較而言，中功率段風(fēng)機(jī)由于我國(guó)電網(wǎng)配電電壓等級(jí)的單一性，加之用電端功率220kW以上電機(jī)電壓等級(jí)通常只有6kV或10kV可供選擇（3kV已逐步淘汰），這使得該功率段若采用變頻調(diào)速，只能采用對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的高壓變頻裝置。而目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上中功率段6kV和10kV的高壓變頻器的單位功率價(jià)格通常要達(dá)到（1500～2500元/kW），高出同等級(jí)功率低壓變頻器的單位價(jià)格（300～500元/kW）數(shù)倍之多；使中功率段的風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的成本甚高，一次投入過(guò)高而回報(bào)期又相對(duì)較長(zhǎng)，成為阻礙變頻調(diào)速這一優(yōu)勢(shì)技術(shù)推廣應(yīng)用的價(jià)格壁壘。從技術(shù)層面來(lái)考察，高壓變頻器產(chǎn)品目前存在的技術(shù)程度復(fù)雜，技術(shù)成熟度不足，特別是運(yùn)行可靠性方面還有待成熟完善，再加上用戶對(duì)產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)識(shí)不足等原因，使高壓變頻器的應(yīng)用也存在著一定的技術(shù)壁壘。這些均成為目前高壓變頻技術(shù)在風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能領(lǐng)域推廣應(yīng)用的主要制約因素。 本文的主要目的是探討如何通過(guò)合理的選擇中功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的電壓等級(jí)，從而設(shè)計(jì)組合技術(shù)成熟、投資經(jīng)濟(jì)性良好的中功率段風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速。 2 技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義 2.1 技術(shù)意義 交流低壓變頻是現(xiàn)階段成熟的技術(shù)，對(duì)于變頻器而言，其工作電壓的高低主要取決于變頻器內(nèi)PWM主回路逆變器件的耐壓水平。目前690V以下低壓變頻器主流型逆變器件一般采用的耐壓水平1200/1700V的IGBT模塊。這個(gè)電壓等級(jí)的IGBT技術(shù)目前已相當(dāng)成熟穩(wěn)定，并已被作為低壓逆變的主導(dǎo)器件而廣泛應(yīng)用。由于大多數(shù)低壓變頻器的逆變主回路為同一設(shè)計(jì)類(lèi)型，其輸出功率等級(jí)由IGBT耐壓和工作電流等級(jí)所決定。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)630kW以下低壓變頻器的制造和供貨不存在任何問(wèn)題；國(guó)外品牌的低壓變頻器普遍已達(dá)800～1500kW的功率等級(jí)，個(gè)別品牌最高可達(dá)2800kW。 低壓變頻器屬于技術(shù)比較成熟的產(chǎn)品，國(guó)外應(yīng)用低壓變頻器在風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的歷史已將近30余年；國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用也有20年以上。根據(jù)某國(guó)外主流品牌低壓變頻器廠商介紹，其目前主導(dǎo)產(chǎn)品的平均無(wú)故障工作時(shí)間已達(dá)50000h以上，產(chǎn)品可靠性相當(dāng)高。對(duì)于國(guó)內(nèi)變頻器廠商而言，大部分生產(chǎn)廠商目前已渡過(guò)了技術(shù)有欠成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不甚穩(wěn)定的初創(chuàng)期，產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行可靠性也達(dá)到了一定的水平。在中功率段風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)外各大品牌的低壓變頻器均有著大量成熟的應(yīng)用案例。 表1所列為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)可提供中功率段低壓變頻器品牌及相關(guān)型號(hào)。     表1國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中功率等級(jí)低壓變頻器主要品牌/型號(hào) 廠商品牌 型號(hào) 主要技術(shù)參數(shù) VACON NXP/NXDRIVE 380～690V，3-PHASE，160～1500kW TIGERPOWER   TP3000 400～690V，3-PHASE，75～800kW ABB ACS800 380～690V，3-PHASE，200～2800kW SIEMENS   G150 380～690V，3-PHASE，75～1200kW SCHNEIDER  ATV38/ATV68 400～500V，3-PHASE，75～630kW 說(shuō)明：630kW以下功率等級(jí)變頻器，國(guó)內(nèi)能夠訂制的變頻器生產(chǎn)商較多，本表不予列舉 2.2 經(jīng)濟(jì)意義 交流低壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用于中功率風(fēng)機(jī)調(diào)速具有良好的經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)除了一些特殊的電力終端用戶（如煤礦、油田）外，用戶設(shè)備終端電壓等級(jí)，不外乎低壓380V和高壓6kV、10kV三種。我國(guó)現(xiàn)行的低壓等級(jí)通用電機(jī)的最大機(jī)座號(hào)為H355，中功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)通常選用6～10kV電機(jī)，對(duì)應(yīng)這個(gè)機(jī)座號(hào)的極限電機(jī)功率也就是220kW左右。超過(guò)這個(gè)機(jī)座號(hào)通常只能選用6kV或10kV電機(jī)；而風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行單位，一般也試圖通過(guò)提供終端用電設(shè)備的電壓等級(jí)，降低電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行線路損耗和提高系統(tǒng)效率。這幾方面的原因，使目前H355機(jī)座（對(duì)應(yīng)功率等級(jí)～220kW）以上的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)全采用6kV或10kV的電壓等級(jí)。而對(duì)于許多需要變工況調(diào)速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)而言，正是這種不恰當(dāng)?shù)剡x擇，成為應(yīng)用變頻調(diào)速這一高效節(jié)能調(diào)節(jié)手段的技術(shù)障礙。由于高壓變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造技術(shù)難度高，同一功率等級(jí)的高壓變頻器與低壓變頻器價(jià)格又相差懸殊。這也意味著如果作為一種節(jié)能投資，采用高壓變頻方案要比采用低壓變頻方案的一次投入大數(shù)倍，投資回報(bào)周期相應(yīng)也要長(zhǎng)得多。這也使一些有著應(yīng)用低壓變頻節(jié)能經(jīng)驗(yàn)并產(chǎn)生實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益的用戶，難以確立采用高壓變頻器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速的信心。同時(shí)技術(shù)程度的相對(duì)復(fù)雜，部分廠家產(chǎn)品實(shí)際運(yùn)行中所反映性能不甚完善，甚至影響系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等因素，也成為高壓變頻器推廣應(yīng)用的主要障礙。 因?yàn)槭艿侥孀児β势骷圃焖较拗?，高壓交流變頻核心部分的高壓逆變的實(shí)現(xiàn)要比低壓變頻逆變困難和復(fù)雜得多。目前比較成熟的高壓逆變實(shí)現(xiàn)方案不外乎多重化單元串聯(lián)、三電平箝位和功率元件串聯(lián)等幾種。而無(wú)論通過(guò)哪一種方式實(shí)現(xiàn)高壓逆變，其構(gòu)成與低壓逆變相比復(fù)雜得多。由此也就不難理解為什么相同功率等級(jí)的高壓變頻器與低壓變頻器的市場(chǎng)價(jià)格要相差3～5倍甚至更多。同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從系統(tǒng)工程角度來(lái)講，要使高壓變頻器產(chǎn)品達(dá)到一定可靠性，實(shí)際要比低壓變頻器困難得多。大量運(yùn)行實(shí)踐的總結(jié)也印證了這一點(diǎn)。另外對(duì)于類(lèi)似于不允許計(jì)劃外停機(jī)的某些高可靠性要求場(chǎng)合，低壓變頻器也可以比高壓變頻器更方便、更容易和更經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)備用冗余（如工頻應(yīng)急旁路）。 表2是一個(gè)500kW風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用3種常用典型調(diào)速方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的簡(jiǎn)單比較。從中得出，“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;方案（所謂“高—低方案&dquo;）是最佳選擇的結(jié)論。如果考慮高壓變頻和液力耦合器調(diào)速方案相比，低壓變頻調(diào)速方案較低的動(dòng)態(tài)維護(hù)費(fèi)用的支出，低壓變頻器方案的優(yōu)勢(shì)將更為突出。 表3所列，是國(guó)內(nèi)幾位從事電氣傳動(dòng)行業(yè)知名專家，比較一致提出的對(duì)中功率交流變頻調(diào)速系統(tǒng)推薦采用的電壓等級(jí)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性角度考察是相當(dāng)合理的。 綜上所述，對(duì)于220～1500kW的中功率段風(fēng)機(jī)調(diào)速，采用“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;（高—低方案）的技術(shù)方案，其在技術(shù)方面是成熟可行的；如果從投入產(chǎn)出等方面綜合考察方案的經(jīng)濟(jì)性，也較其他方案具有明顯的成本和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 3 注意的相關(guān)問(wèn)題 中功率段風(fēng)機(jī)采用低壓變頻器調(diào)速方案實(shí)際應(yīng)用中，必須充分考慮中功率段低壓變頻器的技術(shù)特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)條件和用戶對(duì)諸如電磁兼容性方面的要求，采取適當(dāng)必要的周邊技術(shù)保障措施，以使方案得到可靠和完美的實(shí)施。 3.1 諧波和干擾問(wèn)題 諧波和干擾是應(yīng)用變頻器必須要關(guān)注的問(wèn)題。每個(gè)變頻器都是工作時(shí)的一個(gè)諧波源，如果不采取相應(yīng)的技術(shù)措施，變頻器運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)電源系統(tǒng)和周邊設(shè)備產(chǎn)生不良影響。由于諧波發(fā)生量和產(chǎn)生的電磁干擾強(qiáng)度與變頻器的功率密切相關(guān),對(duì)于功率在220kW以上的中功率段變頻器，抑制其對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波注入和對(duì)周邊設(shè)備的電磁干擾顯得尤其重要。否則將很可能使接于變頻器同一供電電源下的其他設(shè)備和周邊的電磁敏感設(shè)備（典型的如弱電控制設(shè)備）的工作異常。以下技術(shù)措施可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和要求獨(dú)立或組合使用，對(duì)于中功率段低壓變頻器的諧波和干擾抑制相當(dāng)有效。     表2 典型500kW風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能比較   10kV高壓變頻 調(diào)速方案 高-低壓變頻器方案 液力耦合器調(diào)速方案 附 注   系統(tǒng)組成 10kV高壓保護(hù)柜 +10kV多重化 高壓變頻器 +10kV高壓電動(dòng)機(jī)   10kV高壓保護(hù)柜 +10/0.66kV 干式變壓器 +0.66kV低壓變頻器 +0.66kV低壓電動(dòng)機(jī) 10kV高壓保護(hù)柜 +10kV高壓電動(dòng)機(jī) +液力耦合調(diào)速器   說(shuō)明： （1)未計(jì)入配套土建和連接電纜等相關(guān)費(fèi)用。 （2）按市場(chǎng)平均價(jià)估算。     系統(tǒng)投資 成本估算 高壓保護(hù)柜：4.5萬(wàn)元 高壓變頻器：90萬(wàn)元 高壓電動(dòng)機(jī)：16.8萬(wàn)元 系統(tǒng)估算價(jià)：107萬(wàn) 高壓保護(hù)柜：4.5萬(wàn)元 干式變壓器：12.8萬(wàn)元 低壓電動(dòng)機(jī)：12.5萬(wàn)元 低壓變頻器：22.4萬(wàn)元 系統(tǒng)估算價(jià)：52.2萬(wàn) 高壓保護(hù)柜：4.5萬(wàn)元 高壓電動(dòng)機(jī)：16.8萬(wàn)元 液力耦合器：10萬(wàn)元 系統(tǒng)估算價(jià)：31.3萬(wàn)元 運(yùn)行后每年 節(jié)約電費(fèi)額 約70萬(wàn)元 約70萬(wàn)元 約45萬(wàn)元 估算條件： （1）節(jié)約電費(fèi)以入 口擋板調(diào)節(jié)方案為 參考估算依據(jù)； （2）風(fēng)機(jī)平均工況 運(yùn)行按額定風(fēng)量的 80%估算； （3）年運(yùn)行時(shí)間以 7000h估算； （4）電價(jià)以0.60元/kW&middo;h估算。 投資回收期  　約18個(gè)月 約10個(gè)月 約8個(gè)月 在役10年靜態(tài) 節(jié)約電費(fèi)總額 約700萬(wàn)元 約700萬(wàn)元 約450萬(wàn)元 在役10年靜態(tài) 投入產(chǎn)出比 　 　約１：6.5   約1：13.4   約1：10 在役10年 靜態(tài)計(jì)算收益       約600萬(wàn)元        約650萬(wàn)元       約400萬(wàn)元 系統(tǒng)可靠性     稍差         好 差           — 可維護(hù)性 不良 最好         差 系統(tǒng)冗余成本      高         低       不能實(shí)現(xiàn)  說(shuō)明：不計(jì)入各方案的在役動(dòng)態(tài)維護(hù)性支出費(fèi)用。                  表3 中、大功率段風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)推薦的工作電壓等級(jí)      推薦調(diào)速系統(tǒng)電壓等級(jí)（kV）            備 注      220～500           0.4   優(yōu)先推薦電壓等級(jí):  0.4、0.69、6.0、10.0(kV)      500～800          0.66/0.69      800～1600          0.66/1.14      1600～2500          3.0/6.0      2500以上          6.0/10.0    (1)單獨(dú)設(shè)置變壓器,使變頻器電源與用戶其他設(shè)備的低壓電源隔離。目的之一是提供足夠的輸入阻抗，與變頻器電纜寄生電容組成LC濾波器，將電網(wǎng)側(cè)諧波限制在一定范圍內(nèi)；目的之二是可以抑制諧波與干擾通過(guò)同一低壓回路直接向其它低壓用戶端傳導(dǎo)。 (2)變壓器多相運(yùn)行。通常變頻器的整流部分是6脈波整流器，所以產(chǎn)生的諧波較大。應(yīng)用變壓器的多相運(yùn)行，可降低變頻器輸入的電流諧波分量。根據(jù)實(shí)測(cè)采用12脈波輸入變頻器后，變頻器輸入端總諧波分量將達(dá)到THD≤8%，基本達(dá)到電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。 (3)增設(shè)交流輸入電抗器或直流電抗器。在變頻器輸入端加入交流電抗器或在其直流回路加入直流電抗器，可顯著改善變頻器輸入端諧波含量，穩(wěn)流削波，改善變頻器輸入端功率因素。 (4)變頻器的輸出端增設(shè)輸出電抗器或?qū)Ｓ脼V波器。輸出端設(shè)置電抗器或?qū)Ｓ脼V波器，可有效降低變頻器輸出電流中的高頻分量引起的高頻輻射干擾，降低電壓突波對(duì)電機(jī)絕緣的影響，降低電機(jī)的電磁運(yùn)行噪聲。 (5)變頻器輸出電纜采用專用屏蔽電纜。經(jīng)驗(yàn)證明，采用專用動(dòng)力屏蔽電纜是抑制變頻器輸出端高頻輻射的有效途徑。 3.2 軸電流抑制 對(duì)于采用變頻器供電的電動(dòng)機(jī)，由于電壓波形中存在著相當(dāng)多的高頻分量，這些高頻分量除了通過(guò)變頻器與電機(jī)繞組構(gòu)成回路外，還會(huì)通過(guò)繞組與定子鐵心間以及轉(zhuǎn)軸、端蓋、機(jī)座和接地線等之間形成寄生電容而構(gòu)成高頻通路。由于這些電容容量有限，在工頻市電供電時(shí)其充放電過(guò)程形成的容性電流很小，可以忽略不計(jì)。當(dāng)采用變頻器供電且電機(jī)容量較大（110kW以上）時(shí)，由高頻分量形成的軸電流密度可達(dá)數(shù)10A/mm2，軸電流將會(huì)引起電機(jī)軸承的嚴(yán)重電蝕。由于軸承的滾珠與滾道上有可能存在凸出點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)該處的軸承電流斷開(kāi)，從而引起電弧，灼傷金屬表面，這種微觀損害的持續(xù)積累將會(huì)引起軸承的損壞。 實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于中等功率等級(jí)以上的電機(jī)應(yīng)通過(guò)保持軸承良好潤(rùn)滑而維持內(nèi)外圈間潤(rùn)滑膜較高的絕緣電阻、軸承外圈與機(jī)座接觸面噴涂絕緣漆、變頻器輸出端加入濾波器等抑制軸電流產(chǎn)生的措施，保障電機(jī)的可靠運(yùn)行。 3.3 工頻運(yùn)行冗余問(wèn)題 變頻器應(yīng)用的許多場(chǎng)合，通常不允許設(shè)備發(fā)生非計(jì)劃停機(jī)。這種情況的經(jīng)典設(shè)計(jì)是提供一套獨(dú)立的工頻應(yīng)急旁路。對(duì)于采用獨(dú)立供電變壓器的低壓變頻方案，由于變壓器負(fù)載的單一性，無(wú)需考慮電機(jī)在工頻電源下啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流沖擊而造成低壓母線跌落的影響。如果經(jīng)驗(yàn)算，變壓器高壓側(cè)母線在工頻旁路直接啟動(dòng)時(shí)的電壓在允許范圍內(nèi)，就可以采用直接啟動(dòng)。此時(shí)獨(dú)立供電變壓器類(lèi)似于一個(gè)啟動(dòng)電抗，可以起到降低電機(jī)啟動(dòng)電流沖擊的良好效果。對(duì)于雙低壓繞組的12脈波供電變壓器方案，電機(jī)實(shí)行工頻旁路運(yùn)行時(shí)，將原兩組分別向變頻器兩組串聯(lián)整流器供電的低壓繞組切換成曲折聯(lián)接后，直接作為電機(jī)工頻旁路運(yùn)行的供電電源。 對(duì)于用戶希望盡量減小啟動(dòng)電流沖擊和機(jī)械沖擊的場(chǎng)合，工頻旁路電機(jī)啟動(dòng)時(shí)仍可采用軟啟動(dòng)器、降壓?jiǎn)?dòng)等傳統(tǒng)成熟的啟動(dòng)方式，這可以在方案設(shè)計(jì)時(shí)一并予以總體考慮細(xì)化。 3.4 配套電機(jī)問(wèn)題 如前所述，目前國(guó)內(nèi)低壓電機(jī)定型規(guī)格的最大機(jī)座號(hào)為H355，并由于大功率風(fēng)機(jī)配套電機(jī)的極數(shù)通常均在6～10極，對(duì)應(yīng)的最大電機(jī)功率也就在220kW以下。除了少數(shù)廠家有H355以上機(jī)座低壓電機(jī)生產(chǎn)外，一般均需特別訂制，生產(chǎn)批量小、供貨價(jià)格高及交貨周期長(zhǎng)是普遍存在的問(wèn)題。這也一定程度上影響了變頻調(diào)速在中功率段的大量應(yīng)用。 建議作為風(fēng)機(jī)行業(yè)大用戶的中大功率風(fēng)機(jī)的主導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)，與電機(jī)制造行業(yè)內(nèi)具有生產(chǎn)基礎(chǔ)的單位合作，對(duì)H355機(jī)座以上的低壓電機(jī)進(jìn)行定型設(shè)計(jì)，以期降低生產(chǎn)成本和縮短交貨周期，并有利于技術(shù)成熟且經(jīng)濟(jì)性良好的中功率低壓變頻系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)及相關(guān)行業(yè)的推廣應(yīng)用。這在技術(shù)上應(yīng)不存在任何問(wèn)題。對(duì)于老系統(tǒng)改造而言，用戶可以采用將風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的高壓電機(jī)，通過(guò)繞組重繞或是更簡(jiǎn)便的串/并聯(lián)改接等方法改造為低壓電機(jī)，而使中功率低壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用在老風(fēng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造時(shí)，可以用比較經(jīng)濟(jì)的方法得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，國(guó)內(nèi)已有很多成功應(yīng)用的案例可供借鑒參考。    變頻供電的電動(dòng)機(jī)，由于其供電電壓波形為非完全正弦波，同時(shí)電壓波形的毛刺突波比較大，因此對(duì)其絕緣有抗電暈處理和適當(dāng)增加絕緣設(shè)計(jì)裕度的要求，這在低壓電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)予以一并考慮。 4 結(jié)論     大中型風(fēng)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中是數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大的設(shè)備。據(jù)權(quán)威資料顯示，目前在用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的能源利用效率比國(guó)際先進(jìn)水平相差20%；差距是巨大的。這其中除存在風(fēng)機(jī)本體設(shè)計(jì)效率低之原因外，很大的因素是高效能的調(diào)速設(shè)備應(yīng)用不足，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行于低效區(qū)所致。因?yàn)橹泄β识物L(fēng)機(jī)存在著巨大的社會(huì)在役保有量，并且隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其應(yīng)用量將不斷增加，因而，在這個(gè)功率段推廣應(yīng)用經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能良好的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，其現(xiàn)實(shí)的節(jié)能意義無(wú)疑是相當(dāng)巨大的。從目前階段的技術(shù)水平和各類(lèi)變頻方案的經(jīng)濟(jì)性考察，采用“獨(dú)立供電變壓器+低壓變頻器+低壓電機(jī)&dquo;技術(shù)方案（所謂“高-低方案&dquo;），并輔以必要的周邊技術(shù)措施，是目前可應(yīng)用在（220～1500kW）中功率段風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速中首選的技術(shù)方案。