实践是检验新技术优劣的唯一标准

Practice is the only standard of verifying the new technology --The users fling down a challenge to the new product of frequency converter. Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute Yunzhen Chen 摘 要：从近四十年的水工业系统的设计、运行、管理实践出发，总结了在应用调速节能新技术中存在的各种问题，提出了实践所需要的绿色环保形变频器新技术的优劣标准。这正是理论战线和研究开发新产品的急需解决的现实课题。 Summary： According to the practice of design，running，management in recent forty years，we summarize many problems of speed regulating technology and bring forward the appraisement standard of frequency converter of greenness-environmental protection.The above is just practical problem that will be settled imperatively in theory and studying-developing new products. 关键词：我国调速发展史 调速现状 优劣标准 绿色环保变频器 Keywords: the development history of the speed regulating technology，the present of the speed regulating technology，the appraisement standard，the frequency converter of greenness-environmental protection. 1．我国应用调速技术的几个重要阶段 1.1 应用液力偶合器调速，是将电动机的动能通过泵轮和涡轮之间油的传递获得机械能。其优点是操作简单，有一定的节能效果。缺点是功率丢失，占地面积加大，有3％的能源损耗，油路导管漏油等问题存在。20世纪60年代用的多些。 1.2 电磁滑差离合器调速装置。由电枢和磁极两部分组成，电枢与电动机同轴，电枢切割磁力线感应涡流，产生电磁力，推动磁极跟着旋转，带动负载转动；改变励磁电流大小，就可改变负载的转速。该装置价格便宜，维护量小，有节电效力。其缺点是低速运行时损耗大、效率低，占地面积大，一般用于630KW以下的机组。 1.3 串级调整装置 我国进入20世纪70年代至80年代，水工业和其他行业一样，大量采用串级调速装置。串级调速装置又分内反馈和外反馈二大类。大中型水泵调速采用外反馈的串级调速很多，它是将转子的转差功率经过整流和逆变，经反馈变压器将多余的电能反馈给电网。它的优点是可无级平滑调速，总效率还可以。它的缺点是调速范围不大，需增设起动电阻和电容补偿，功率因数低，低速时更低。ABB公司的串级调速装置系统经过改造，主要元器件筛选严格，在深圳东湖取水泵站等地，运转良好。国产的串级调速装置，运转中常出毛病，上世纪末已基本不用了，许多国内生产厂家相继流产。 1.4 变频调速装置 从上世纪80年代开始，我国各行业真正步入了变频调速时代。水行业和石油、钢铁、化工等行业一样，如北京水源九厂、深圳梅林水厂、上海原水公司和自来水公司、上海排水管理公司、天津、广州、重庆、石家庄、昆明、成都、潮州、大庆油田等几十个大中型水厂和泵站都选用了变频调速装置。水泵电机容量从315KW到2500KW，采用变频调速装置的台数近300台以上。200KW以下容量选用变频调速装置就更多了。 由于电流型变频器是全控桥整流，谐波非常丰富，对电网公害大，抑制谐波的措施比较复杂，在价格和可靠性上失去了优势，在水工业领域和其他行业中已很少采用了。 2．市场广扩、调速节能、势在必行 2.1 我国能耗名列世界前茅 根据国家经贸委1995年的全面调查统计，我国发电量的60%～70%左右用于推动电动机作功（约4.5亿千瓦时），电机中有90％是交流电动机。因此，对交流电机拖动采用变频调速技术是达到节约能源、简化控制、优化资源的主要手段。这一点已在全国推广应用变频技术的热 潮中得到了证实。随着中国经济突飞猛进的发展，开发新能源，降低能源消耗，提高经济效益已日益受到各方面的重视。由于现有国产的电力电子产品技术落后和应用水平较低，尤其是耗能大户的大、中型企业技术更新滞后，使我国单位产品的耗能高出发达国家的3倍以上，造成我国能源生产上的巨大浪费，目前我国能源生产消费已列世界前茅，但国民生产总值却排在十位以后，其中最主要的原因就是单位产值能耗太大，如我国占工业用电量一半以上的各种风机、泵类负载约4700万台，1.3亿千瓦，由于采用恒速驱动，每年造成大量的能源浪费。在此类负载中，80％是大中型电机拖动。因此，研究出大中容量电机的调速节能技术产品对于我国工业降低单产能耗具有十分重要的意义。 现在，能源虽有缓解，但能源还是严重不足。造成电力紧缺的原因有三个：一是电力建设与工业发展不协调，电力弹性系数小于1；二是非生产性用电量增加过快，随着十五规划城镇化建设的迅猛发展，居民及商业服务行业等用电将大幅度增长；三是能源利用率很低。 2.2 我国单位产值能耗也名列前茅 我国一方面能源紧缺，另一方面在能源消费中却存在着严重的浪费现象。我们看一下1988年华盛顿和伦敦的世界资源研究所对十个国家每生产1美元的国民生产总值平均能源作了统计分析，如下表所示。 每生产1美元国民生产总值平均能耗（千焦耳） 从表中可以看出，我国单位产值的能耗是法国的5倍，日本的4.4倍，巴西的3.8倍，美国的2.1倍，印度的1.65倍。这说明我国技术设备陈旧，能源利用率很低，到现在还这样，说明我国节能潜力是很大的。 2.3 节电的直接效益和间接效益分析 对于一个节电方案起决策作用的是它的直接经济效益，即初次投资和回收时间。一般要求初次投资能在1～3年内回收，否则该方案的可行性就值得思考。但是除直接经济效益之外，还应从全局的观点考虑节电的间接经济效益，它包括： （1）节省下来的每1千瓦小时电能的再创生产价值（85年全国工业平均为3.23元/千瓦小时）； （2）节省下来的建电站的基建投资（82年为1876元/千瓦），节约煤耗438·～448克/千瓦小时等。间接经济效益往往高出直接经济效益的数十倍，是不容忽视的。 2.4 工程设计中节能的重要意义 我国能源发展实行开发和节约并重的战略方针，努力缩小能源供求缺口，把节能工作提到重要地位上来，是保证我国经济建设顺利发展的首要环节。在工程设计中认真贯彻国家有关节约能源和合理利用能源的方针、政策，从根本上打好节能的基础。 电气工程设计中的节能工作是一个系统工程，要采取综合措施才能取得良好的效果，所以应从设计方案阶段开始，会同各有关专业，搞好整个工程的节能工作。在确定设计方案时，要贯彻国家在不同时期的建设方针，根据实际情况，因地制宜，积极采用能耗低的新技术、新工艺、新材料、新设备。 3．在设计、运用调速节能新技术中遇到的问题 3.1 由于甲方单方面要求省钱，而设计单位又没有从水泵机组特性曲线和水网管道压力平差的科学计算，在多台同期运行的水泵机组中，只上一台调速装置。这样一来，调速效果不好，甚至起不到调节的作用。许多实践经验证明，调速泵台数必须超过同期运转台数的一半以上，才能真正起到调速调能的作用。 3.2 由于制造厂家没有严格筛选主要元器件，致使调速装置不能工作。出了问题又推三推四，长期拖着，不能解决，使甲方心有余悸。 3.3 有些产品，谐波分量严重，使用户投产后，严重影响各种弱电系统的控制和计量，有的烧毁电机、变压器、电容器等设备。有些产品，理论上说自己的产品没问题，但实际运行中各谐波分量严重超标，使用户单位又要投入一笔可观的费用来做好抑制谐波的工作。 大家知道，凡是有整流的逆变器的地方，就有谐波存在，其中，电压型变频器输出电压为矩形波，对电网污染很大，而电流型变频器输出的电流波形为矩形波，当此电流反馈到交流电网时，对电网污染也很大。而采用高速开关PWM控制方式的变频器，由于开断频率很高，某些参数在高频作用下就显得很突出，如电动机绕组间的寄生电容和电缆连接线的分布电容就不能忽视，调速操作过程中新产生的脉冲电流，将导至电动机定子电流波型畸变，不仅变频器和电动机使用寿命缩短，对电子计算机监控系统也造成极大危害。 高次谐波过大，导致继电保护误动作，导致电力系统解列和大面积停电；使电气仪表测量误差增大，计量不准，经济上遭受巨大的损失；导致输电路线损耗加大，损失增大；也导致变压器的线圈附加损耗，甚至烧损绝缘材料，降低负载能力，温升严重超标，使低压侧母线电压总畸变率超过允许值。 3.4 有些产品电磁干扰问题没有解决好 a，变频器以交直交三相桥式整流为例，其输入侧没有任何电抗器，电源直接接入配电变压器的电源网络中，通过三相全波整流电路整流后向电容充电，其充电电流值大小取决于整流电压和电容电压之压差。整流脉冲次数愈高，高次谐波对电源污染就愈小，采用整流脉冲次数高，再加PWM控制整流谐波干扰就小。 变频器的控制方式不同。采用的整流、逆变的元器件不同，输出的电压波形是正弦波，而输出的电流波形则是沿正弦波变化的锯齿波形。控制方式不同谐波分量大小也不同。 b，变频器投入运转时也会引起干扰，如三相电压不平衡，配电网络中有其他功率因数补偿电容器及可控硅整流装置时，就会使变频器输入的电流波形和电压波形畸变，峰值加大，就会加重整流二极管的电压负担。 c，变频器本身有脉冲、振荡、数字开关电路、继电器、风扇等均产生严重的辐射传导等干扰，这种干扰是一个频谱，有的厂家没有解决好抑制的措施。如南京某水