1. 情况概述

某炼铁厂烧结工艺段所用主抽风机由 10 kV、1000 kW 绕线转子电动机拖动，机组运行时负载率约 72%，风量采用入口挡板调节。为保证电动机安全稳定运行，所配电动机备用容量较大。机组满负荷运行时，吸风机入口挡板开度约 70%；停机上料不足时约 20%，挡板两侧形成风压差，造成节流损失。风机挡板执行机构为大转矩电动执行机构，故障率高、风机效率低、控制精度差，且依靠截流减风量时电动机出力变化小，大量电能被浪费。此外电网供电不稳定，电压高时达 11 500 V，影响电动机寿命。为适应厂网分开、竞价上网的电力体制，实现节约能源、降低用电率、保护环境、简化运行、减少转动设备磨损，决定对该风机实施变频调速改造。

2. 改造方案

通常变频器容量按电动机容量选取，以满足额定出力内的转速调节；实际中则结合运行工况选择，兼顾生产需要与投资、配套节省。该风机由绕线转子电动机拖动，原采用水电阻启动，水电阻串接于转子绕组：定子绕组得电同时水电阻由最大阻值过渡到最小阻值，启动时间 35 s。为保持用户原有配置不变，将变频器串接于定子输入端并加装旁路柜，变频器故障时可切至旁路恢复原工况运行。选用北京动力源公司的 HINV-10/1250B 变频器可满足风机各工况下的转速调节要求。

为提高可靠性，另加装工频旁路装置，变频器故障时可手动将电动机切换至工频运行。工频旁路由 QS1、QS2、QS3 三个高压隔离开关组成（见图7.2-1，QF 为甲方原有高压开关），并要求 QS2 与 QS3 不得同时闭合以实现机械互锁：变频运行时 QS1、QS2 闭合而 QS3 断开；工频运行时 QS3 闭合而 QS1、QS2 断开。

图7.2-1 电动机切换电路示意图

3. 节能分析

2006年9月20日至10月21日期间，烧结主抽风机的变频与工频运行统计如下。

（1）变频运行（10月26日至11月11日，共生产16天）：开机 307.43 h、停机 76.63 h；烧结矿产量 11 324 t；日历时间 384 h；主抽风机面积 20 m²；利用系数 N=11324/(20×307.43)=1.84 t/(m²·h)；作业率 K=(384-76.63)/384≈80%；耗电量 222 450 kW·h，吨耗电 19.641 kW·h/t。

（2）工频运行（9月20日至10月21日，共生产31天）：开机 622.9 h、停机 76.7 h；挡风门时间 44.4 h；产量 22 132 t；日历时间 744 h；利用系数 N≈1.77 t/(m²·h)；作业率 K=(744-76.7)/744≈89.69%（83.72%）；耗电量 557 850 kW·h，吨耗电约 24.26（25.20）kW·h/t。

（3）在变频的作业率、利用系数下折算到工频时的电耗：Q=24.26（25.20）kW·h/t×11324 t≈274 720.24（285 364.80）kW·h。

（4）工频、变频相同作业率与利用系数下的节电率：C=(274 720.24(285 364.80)-222 450)/274 720.24(285 364.80)≈19.02%（22.04%）。此外，工频状态下较变频将多出约13%的无功损耗，故总节电率应为32.02%（35.04%）左右。对于无功损耗，供电部门管理严格：功因数 cos φ 越高，节费率越低；烧结生产无效运转率越高，节电率越高，应综合各方情况确定节电标准。

4. 直接经济效益

在现状生产、不改变工艺的情况下，全年投入1台高压变频器后，公司年节约电费可达约 200 万元。同时变频器功率因数可达 0.96 以上，高于电动机自身 0.85，减少大量无功损耗；实现电动机软启动，避免大电流启动冲击对绝缘的影响，降低维护与检修费用，并显著延长电动机寿命。

5. 间接经济效益

除直接节能外，改造还带来多方面间接效益：提高功率因数，降低系统母线无功需求（降低 600 kvar 以上）；实现软启动，减小启动转矩突变对电动机的电气与机械损伤，降低对绕线转子的直接启动冲击；减少轴承摩擦与维护量；控制平滑、稳定、精度高。

6. 结语

采用高压变频装置节能效果显著，实现了电动机软启动、延长寿命，引风机挡板可全开，减少了风道振动与磨损。北京动力源公司高压变频器以可靠的运行性能与良好节能效果为用户创造了可观的经济效益，值得推广与应用。