摘 要：高压变频装置的性能试验中需要进行效率试验， 将探讨变频器性能试验中的效率测试方法。
关键词：变频装置；变频器；性能试验；效率试验
Abstract: EffICiency test needs to be carried out in the performance test of HV Frequency converter system, and the method for efficiency test in the performanc e test of frequency converter will be discussed.
Keywords: converter system; frequency converter; performance te st; efficiency test
目前，世界上成熟的风机调速运行方式主要有五种：电磁调速、液力偶合调速、变频调速、 变极调速和串极调速。其中，最灵活的调速方式是变频调速。对于大型风机来说，变频装置 的性能对于电厂至关重要，因此需进行变频装置的性能试验。探讨变频装置性能试验中的效 率试验方法。
1变频装置的节能原理
当发电机组负荷发生变化时，需要经常调节风量。传统的调节手段是通过调节风机挡板的开 度，即改变风道阻力的方法来调节风量，风机效率往往运行在最低点。如果风机能在调速状 态下运行，则可将风机挡板全开，通过调整风机的转速来调整风量，使风道的阻力减小至最 小，此时风机可以始终处于高效点运行。风机由恒速运行改为调速运行，机组带低负荷和满 负荷时，都能节约用电。
根据风机的功率消耗与其转速的立方成正比的原理，利用变频装置对电机进行无极调速， 使风量与压力随时符合实际需要，从而节约电能。因此，有必要将电厂引送风机改造为可 调速运行的电机，以达到节能和降低厂用电的目的。
变频调速主要有“高－低－高”和“高－高”变频调速两种，“高－低－高”变频调速装置 将50 Hz交流变成低压，经整流后，用IGBT逆变成可调频率的正弦波，用变压器升压。“高 －高”变频调速装置则少了一级变压器，用堆波方式串联形成高电压。目前基本上均采用“ 高－高”变频方式。
“高－高”变频调速装置由切分装置（输入隔离变压器）、变换装置（功率单元）和控制装 置组成。每个功率单元由切分装置的二次绕组分别供电，输出电压为每相多个功率单元串联 以后形成正弦波。控制单元经光纤隔离串入带高电压的变换装置，每个功率单元外壳电位逐 级抬高形成高压。
2效率试验存在的问题
在中国，变频器在电厂应用时间还不太长，中国还没有正式的标准。现已陆续开展了较 多的变频改造，也进行了变频装置性能试验。变频装置性能试验包括变频装置节电效果测试 、效率试验、功率因数测试、启动性能试验、谐波测试、静态精度测试、输出电压不对称度 试验、电动机振动及噪音测试等。电厂除关心节电效果之外，还十分关心变频装置效率，因 为使用变频装置的目的就是节电，如果变频装置消耗的功率大了，使用变频装置就失去了 意义。效率试验存在如下问题：①目前，绝大部分变频装置不带专用功率测量装置。若电 厂要求装设，变频装置输出电流信号一般采用霍尔电流传感器，其二次信号为交流毫安电流 ；变频器输出电压信号用电压互感器，其二次信号为100 V交流电压。因此，变频装置二次 信号大小不适用于常规功率表。在现场临时加装TV、TA取信号也有难度，因为变频装置输入 输出信号距离可能较远，用采样方式都不容易做到同时读数。②功率仪表受到频率范围的 限制，不能采用外加TV、TA取变频装置二次电流、电压信号作为功率仪表的信号，因其电流 、电压信号为变频、变幅值的信号。③变频装置损耗较小，输入输出功率必须准确测量 ，因此在进行效率试验时变频装置输入输出必须同时读数。人工读数存在较大的误差，不能 满足效率的精度要求，在实际试验时，用此方法测得的效率常常会出现效率大于1的情况。 ④变频装置前级变压器一般为多抽头，不好装设TV、TA，不容易取电流电压信号，不能 准确测试变频器效率以及变压器的效率，只能测试变频装置的整体效率。针对以上情况， 研究了变频装置效率试验的间接测量法。该方法能克服直接电量法的上述缺点，较准确地 测试出变频装置的效率。
3效率试验间接测量方法
变频装置损耗采用量热法进行测量。通过测量变频装置风机带走的热量与变频器表面散发的 热量计算变频器总损耗，从而计算变频装置、前级变压器、变频器效率。
采用测量变频器冷却风进、出风温度、冷却风流量，计算变频器损耗。其通用计算公式 为：
式中：P——被冷却介质带走的损耗，kW；
Cρ——冷却介质的比热，kJ/kg·K；
Q——冷却介质的流量，m3/s；
ρ——冷却介质的密度，kg/m3；
△t—— 冷却介质的温升，k。
采用红外线点温仪测量变频器表面各部位温度，机房环境温度用酒精温度计测量，其表面散热损耗计算公式为：
式中：P表——变频器外表面散出的损耗，kW；
A——变频器散热表面积，m2；
△t——变频器外表面温度与外部环境温度之差，K。
其表面散热系数h的数值，可用下式计算：
h=11+3υ
式中：υ——环境空气流速，m/S。
4实例
以某电厂100 MW发电机组1号引风机变频装置效率试验为例，比较直接测量法和间接测量法 的准确性。
电动机技术数据：电机型号YD800-8/10， 额定功率为1400/700 kW，额定电压6 kV，额定电 流177 A，额定转速743/594 r/min，功率因数0.8。
变频装置技术数据：容量2000 kVA，输入电压6 kV±10％，输入频率(50±5) Hz，输入侧 功率因数＞0.95，变压器损耗20.5 kW，系统总损耗41 kW，额定效率≥98％(不带变压 器) ；≥96.5％(带变压器)。
4.1直接测量法
该变频装置在出厂前已安装好输入输出功率测量装置（用采样方式），并且能同时读数。其 中，变频器盘表上的输出电流用霍尔传感器，输出是交流毫安信号，变比为5 000∶1，在输 出配有负载电阻（44.13 Ω）,系统采样为电压信号，输出在0～200 A时，采样电压为0～1. 767 V。输出电压是通过电阻衰减来取样的，衰减后取的是交流信号，在输出为6 kV时，衰 减后电压为3.82 V。
采用直接测量法测得带变压器的变频装置效率结果如表1所示。结果表明，1号引风机变 频装置效率为92.0%～97.3%，在发电机额定负荷下变频器效率为97.3%。
4.2间接测量法
选择41%发电机额定负荷，测量变频装置中变频器柜和变压器柜每个进风口平均风速，计算 变频器和变压器损耗。变频器柜和变压器柜风量、进出风温度、损耗测量结果见表2、表3 。变频装置中变频器柜和变压器柜表面散热损耗测量结果见表4。
发电机负荷为41 MW时1号变频器效率：
发电机负荷为41 MW时1号变频装置的效率：
试验结果表明，间接法测得变频装置的效率与直接法测得效率（92.0%）基本相当，说明用 间接法测得的效率是可靠的。
5结语
通过实践证明，用间接法测量变频装置效率简单易行，准确度较高，不仅能测量变频装 置的效率，而且能测量变频器和前级变压器的效率，值得推广应用。
