變頻技術在火電廠運行中的運用

起登春

摘要：隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，在火電廠變頻技術的設計、應用上，需綜合考慮成本和效率問題，實現(xiàn)對電廠運行中各項因素的有效控制?；痣姀S使用變頻技術，可實現(xiàn)節(jié)能降耗，減少設備耗電量，另外還可實現(xiàn)參數(shù)的精確控制，使工藝流程具有較高的可操控性，并在一定程度上延長設備使用壽命和提高可靠性，從而不斷提高機組的經(jīng)濟性。因此，研究變頻技術在火電廠運行中的運用十分必要。

關鍵詞：變頻技術；火電廠；運用

目前，國外電廠的耗電量指標明顯要低于國內，在國外電廠中風機、水泵基本都已具有速度調節(jié)功能，而在我國除了少量的汽動給水泵、帶液力耦合器的給水泵具有一定的速度調節(jié)功能，其他大型水泵、風機大多還是沿用傳統(tǒng)方法，用具有調節(jié)性能的閥門、擋板來調節(jié)設備出力。變頻技術是一項高效的調節(jié)速度技術，通過頻率的有效控制來實現(xiàn)轉速的控制，從而對電器輸出功率進行調節(jié)，可以節(jié)約電能。變頻技術已廣泛應用于我國冶金、石油、化工和電力等眾多行業(yè)，降低企業(yè)的用電量，實現(xiàn)了企業(yè)的良性發(fā)展。

一、變頻技術的基本原理

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻技術是在電子技術發(fā)展的基礎上形成的，其借助大型的電子器件實現(xiàn)了整流，然后再通過逆變產(chǎn)生需求頻率、電壓的交流電，變頻器輸出與電動機頻率相同。變頻輸出表達公式為N=50F/P，其中N是變頻技術電機的轉速，F(xiàn)是變頻技術電源的頻率，P是磁極的對數(shù)。

（一）變頻器的構成

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外變頻器還有過流、過壓、過載保護等很多保護功能。

主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，它由將工頻電源變換為直流功率的整流器、吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的平波回路、將直流功率變換為所要求頻率交流功率的逆變器三部分構成。

控制電路是給異步電動機供電的主電路提供控制信號的回路，它由頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電機的“保護電路”組成。

（二）變頻器的分類

根據(jù)直流電源的功能和性質，可將變頻器分為電流源型的變頻器和電壓源型的變頻器；根據(jù)輸出方式，可將變頻器分為脈沖幅值的調節(jié)方式和脈沖寬度的調節(jié)方式。根據(jù)電壓等級，可將變頻器分為高壓變頻器和低壓變頻器。

二、變頻技術的主要特點

（一）變頻技術的優(yōu)缺點

1、變頻技術的優(yōu)點

直接優(yōu)點：通過改變電機的電壓和頻率，使電機的速度可以無極調節(jié)。

間接優(yōu)點：（1）節(jié)能。風機、泵類等設備傳統(tǒng)調速方法是通過調節(jié)擋板、閥門開度來調節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大且大量能源消耗在擋板、閥門截流過程中。使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求，降低電耗；另外還可實現(xiàn)軟啟動節(jié)能、功率因數(shù)補償節(jié)能；（2）提高生產(chǎn)設備自動化程度。在滿足客戶通用需求的前提下，通過擴展設計可以靈活地滿足客戶個性化要求、行業(yè)性要求、各種復雜高精度傳動要求；（3）一定程度上提高設備可靠性并延長使用年限。變頻技術具有反應速度快、中間步驟少和調節(jié)精度高的特點，對設備沒有沖擊可以確保設備的安全使用，尤其是可以減小設備啟動電流，在軟啟動條件下減少對器件的沖擊，一定程度上延長了設備的使用年限。

2、變頻技術的缺點

變頻器價格較昂貴，其占地面積比較大，在使用初期要消耗企業(yè)大量資金；運行時會產(chǎn)生較多熱量，因此要增加放置變頻器的建筑物，以及相應的通風冷卻設備；變頻器內部結構復雜，故障率偏高；在使用過程中會產(chǎn)生輻射干擾、傳導干擾，對附近的儀表、儀器等設備有一定干擾，需要采取相應的抗干擾措施。

（二）改變電機轉速的其他方法

1、降壓

降壓的方法應用于電機轉速的改變過程中，其優(yōu)點是操作比較簡單，不用特別復雜的流程就能完成電機轉速的改變，但是其反應速度不是很快，而且會消耗大量的電能，增加企業(yè)成本，這種方法可應用于如鼠籠式電機和單相交流電機中。

2、滑差電機

這種方法應用于改變電機的轉速，可實現(xiàn)對電機轉速的有效調節(jié)，調節(jié)效率高。但如果運用不當會給電機帶來不良的影響，會破壞電機的性能，使電機產(chǎn)生故障，減少電機使用年限。這種方法可應用于繞線式電機和單相交流電機中。

3、其他

另外還有改變磁極對數(shù)、改變轉差率、液力耦合器等幾種方法。

三、變頻技術在火電廠運行中的運用情況

（一）變頻技術在火電廠的運用領域

高壓變頻技術一般用于控制給水泵、引風機、送風機、一次風機、凝結水泵、循環(huán)水泵等負荷變動時調節(jié)余量較大的大功率高壓電機。調節(jié)效率高，且節(jié)能效果顯著。

低壓變頻技術主要用于調節(jié)范圍較大的皮帶給煤機、葉輪給煤機、撈碎渣機、生活水泵、計量泵、加藥泵等對參數(shù)控制精準度要求較高的電機，以及真空泵、渣漿泵等負荷變動時調節(jié)余量較大的大功率低壓電機。調節(jié)效率高，調節(jié)穩(wěn)定性強，且節(jié)能效果好。

（二）變頻技術在火電廠的應用效果

1、提高設備自動化控制、調節(jié)水平

變頻技術通過改變電機的電壓和頻率，使電機的速度可以無極調節(jié)，且變頻技術功能比較完備，操作步驟也不復雜，大大提高了系統(tǒng)控制的效果，實現(xiàn)了對參數(shù)的精確控制，滿足了對參數(shù)控制精度要求較高的系統(tǒng)工藝流程需求，使工藝流程具有較高的可操控性，從而不斷提高機組的經(jīng)濟性。

2、節(jié)能

（1）變頻器節(jié)能。主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。為保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設計配用動力驅動時，都留有一定富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統(tǒng)的調速方法是通過調節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。

變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻并不一定能省電。作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。變頻器具有節(jié)電功能是事實，但前提條件是：大功率并且為風機/泵類負載、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）。如果不加前提條件的說變頻器運行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。一定要注意使用場合和使用條件才好正確應用。

（2）功率因數(shù)補償節(jié)能。無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)降低導致電網(wǎng)有功功率降低，大量無功電能消耗在線路中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻后，由于變頻器內部濾波電容的作用，減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

（3）軟啟動節(jié)能。電機硬啟動對電網(wǎng)造成嚴重沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時的大電流和震動對擋板和閥門損害極大，對設備、管路的使用壽命不利。而使用變頻后，利用變頻軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設備維護費用。

從理論上講，變頻器可用在所有帶有電機的機械設備，電機啟動電流會比額定高5-6倍，不但會影響電機使用壽命而且消耗較多的電量；系統(tǒng)在設計時電機選型上會留有一定余量，電機的速度是固定不變，但在實際使用中，有時要以較低或較高速度運行，因此進行變頻改造是非常必要的。

四、變頻技術在火電廠運行中運用存在的問題及解決措施

（一）震動和沖擊問題及解決措施

變頻技術在火電廠應用中會出現(xiàn)震動和沖擊問題，變頻器在受到強烈的震動和沖擊時，會導致電器的接觸不良，導致電器不能正常運行，影響電廠生產(chǎn)工作。

解決措施：避免振動與沖擊。為防止引發(fā)電器接觸不良，變頻器安裝場所應遠離振動源和沖擊源，并使用減振橡膠墊固定控制柜內電磁開關之類易產(chǎn)生振動的元器件。

（二）干擾問題及解決措施

變頻器工作時會產(chǎn)生輻射干擾、傳導干擾，對附近的儀表、儀器、繼電保護和自動裝置有一定干擾，如果處理不好，干擾會使整個系統(tǒng)及附近設備無法工作。

解決措施：對于通過輻射方式傳播的干擾信號，主要通過布線以及對放射源和對被干擾的線路進行屏蔽的方式來削弱。對于通過線路傳播的干擾信號，主要通過在變頻器輸入輸出側加裝濾波器，電抗器或磁環(huán)等方式來處理。

（三）故障率高問題及解決措施

變頻器單體設備多，內部接線復雜，存在變頻器功率模塊故障率高（過壓、欠壓、過流），控制模塊故障率高、和DCS系統(tǒng)通訊故障率高問題。

解決措施：（1）設備廠家加強生產(chǎn)工藝控制，穩(wěn)定提升設備質量；（2）電廠檢修人員嚴格按工藝要求做好變頻設備定期檢修維護，確保設備處于良好狀態(tài)；（3）運行中嚴格控制變頻設備工作溫度。變頻器在運行中易受到溫度制約，為確保變頻器安全可靠運行，變頻器工作溫度宜低，應穩(wěn)定控制在40℃以下；（4）斷電時僅斷動力電源，控制電源長期保持上電狀態(tài)，減少對控制模塊沖擊。

（四）受環(huán)境影響問題及解決措施

變頻器在運行過程中，會產(chǎn)生大量的熱量，為降低變頻器運行溫度：

1、在變頻器內部安裝離心式制冷設備，降低變頻器運行溫度。制冷設備須與變頻器之間留一定空間，確保熱氣可以暢通地從變頻器內排出。由于變頻器調節(jié)電室運用的是負壓，所以變頻器進風處應選擇在通風環(huán)境較好的地段安裝，并過濾進風，確保進入變頻器內的風潔凈，根據(jù)周圍的溫度和環(huán)境來控制進風頻率，確保變頻器內溫度在合理范圍。

2、在變頻室內安裝制冷出力匹配的空調，并對變頻室進風過濾，確保冷卻效果。（1）在變頻器內部安裝離心式風機基礎上，變頻室內設置數(shù)臺制冷出力與變頻器產(chǎn)生熱量匹配的空調，對進風過濾，確保進入變頻器內的風潔凈、溫度適宜；（2）注意空調電源的選擇，嚴禁所有空調接于同一路電源，避免電源故障導致空調全部停運危及變頻器運行；（3）做好變頻器本體、變頻室濾網(wǎng)及變頻室內空調的定期清洗及維護，確保冷卻效果正常。

五、結束語

火電廠建設初期為降低造價，一般不大規(guī)模使用變頻技術；已投產(chǎn)的火電廠通過技改使用變頻技術，主要是考慮節(jié)能降耗，減少設備耗電量，或實現(xiàn)參數(shù)的精確控制，使工藝流程具有更高的可操控性，并在一定程度上延長設備使用壽命和提高可靠性，從而不斷提高機組的經(jīng)濟性。隨著國家對火電廠環(huán)保排放、節(jié)能降耗工作越來越重視，標準、要求不斷提高，變頻技術在環(huán)保排放、節(jié)能降耗、系統(tǒng)工藝流程參數(shù)精確控制等領域將有著更加廣闊的應用空間，因此，對變頻技術在火電廠運行中的運用進行探究是很有必要的。

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