淺談變頻技術(shù)在火電廠中的運用

段麗

【摘要】隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，在火電廠變頻技術(shù)的應(yīng)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(shù)，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，另外還可實現(xiàn)節(jié)能降耗，并在一定程度上延長設(shè)備使用壽命和提高可靠性，從而不斷提高機組的經(jīng)濟(jì)性。近年來火電機組調(diào)峰任務(wù)越來越重，運行經(jīng)濟(jì)性和安全性的問題日益突出，因此，研究變頻技術(shù)在火電廠中的運用十分必要。

【關(guān)鍵詞】變頻；火電廠；運用

1. 前言

目前，國外火電廠的耗電量指標(biāo)明顯低于國內(nèi)，在國外電廠中風(fēng)機、水泵基本都已具有速度調(diào)節(jié)功能，而在我國除了少量的汽動給水泵、帶液力耦合器的電動給水泵具有一定速度調(diào)節(jié)功能，其他水泵、風(fēng)機大多還是沿用傳統(tǒng)方法，用具有調(diào)節(jié)性能的閥門、擋板來調(diào)節(jié)出力。變頻技術(shù)是一項高效的調(diào)節(jié)速度技術(shù)，通過頻率的控制來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，從而對電器輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以節(jié)約電能，已廣泛應(yīng)用于我國電力、冶金等眾多行業(yè)。

2. 變頻技術(shù)基本原理

2.1 變頻器原理

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻技術(shù)是在電子技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上形成的，其借助大型電子器件實現(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(dá)公式為N=50F/P，其中N是變頻技術(shù)電機的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)是變頻技術(shù)電源的頻率，P是磁極對數(shù)。

2.2 變頻器構(gòu)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(qū)動單元、檢測單元、微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機實際需求提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速、節(jié)能目的，另外變頻器還有過流、過壓、過載等保護(hù)功能。

主電路是給電機提供調(diào)壓調(diào)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(gòu)成。

控制電路是給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"電壓、電流檢測電路"，電機"速度檢測電路"，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的"驅(qū)動電路"，以及逆變器和電機的"保護(hù)電路"組成。

2.3 變頻器分類

按直流電源的功能和性質(zhì)，可將變頻器分為電流源型和電壓源型；按輸出方式，可分為脈沖幅值和脈沖寬度調(diào)節(jié)方式型；按電壓等級，可分為高壓和低壓變頻器。

3. 變頻技術(shù)主要特點

3.1 變頻技術(shù)優(yōu)缺點

3.1.1 變頻技術(shù)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(diào)節(jié)，可實現(xiàn)負(fù)荷及出力的精準(zhǔn)控制。

間接優(yōu)點：（1）提高設(shè)備自動化控制水平；（2）節(jié)能降耗（機組低負(fù)荷運行時節(jié)能效果更好）；（3）一定程度上提高設(shè)備可靠性并延長使用年限。

3.1.2 變頻技術(shù)缺點

變頻器價格較昂貴，初期要消耗企業(yè)大量資金；對附近的儀表、儀器等有一定干擾，需采取抗干擾措施；內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率偏高；運行時產(chǎn)生較多熱量，需增加通風(fēng)冷卻設(shè)備。

3.2 其他改變電機轉(zhuǎn)速的方法

其他還有降壓、滑差電機、改變磁極對數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率、液力耦合器等改變轉(zhuǎn)速的方法，各有優(yōu)缺點，應(yīng)用于鼠籠式、繞線式電機和單相交流電機等不同類型的電機或場合。

4. 變頻技術(shù)在火電廠中的運用情況

4.1 變頻技術(shù)在火電廠的運用領(lǐng)域

高壓變頻一般用于給水泵、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、凝結(jié)水泵等負(fù)荷變動時調(diào)節(jié)余量較大的大功率高壓電機。調(diào)節(jié)效率高，且節(jié)能效果顯著。

低壓變頻主要用于皮帶給煤機、葉輪給煤機、撈渣機、加藥泵等調(diào)節(jié)范圍大、對參數(shù)控制精準(zhǔn)度要求較高的電機，以及真空泵、渣漿泵等負(fù)荷變動時調(diào)節(jié)余量較大的大功率電機。調(diào)節(jié)效率高，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性強且節(jié)能效果好。

4.2 變頻技術(shù)在火電廠的應(yīng)用效果

4.2.1 提高設(shè)備自動化控制、調(diào)節(jié)水平

變頻技術(shù)使電機轉(zhuǎn)速可以無極調(diào)節(jié)，且變頻功能較完備，通過擴展可靈活地滿足客戶個性化要求；操作步驟也不復(fù)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。

4.2.2 節(jié)能降耗

（1）變頻器節(jié)能。風(fēng)機、水泵等設(shè)備當(dāng)負(fù)荷變化時，傳統(tǒng)的方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大且大量消耗在擋板、閥門截流過程中。根據(jù)流體力學(xué)，P（功率）=Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比，使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低轉(zhuǎn)速即可滿足要求，從而降低電耗。

（2）功率因數(shù)補償節(jié)能。無功功率不但增加線損和設(shè)備發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)降低導(dǎo)致配電網(wǎng)有功功率降低，大量無功電能消耗在線路中，設(shè)備使用效率低下浪費嚴(yán)重，使用變頻后由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，減少了無功損耗，從而間接增加配電網(wǎng)有功功率。

5. 變頻技術(shù)在火電廠運用存在的問題及解決措施

5.1 震動和沖擊

在應(yīng)用中會出現(xiàn)震動和沖擊問題，變頻器在受到強烈震動和沖擊時，會使電器接觸不良，導(dǎo)致設(shè)備不能正常運行，影響電廠運行生產(chǎn)。

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(yīng)遠(yuǎn)離振動和沖擊源，并使用減振橡膠墊固定控制柜內(nèi)電磁開關(guān)之類易產(chǎn)生振動的元器件。

5.2 干擾

會產(chǎn)生輻射干擾、傳導(dǎo)干擾，對附近的儀表、儀器、繼電保護(hù)和自動裝置有一定干擾，如果處理不好，會使整個系統(tǒng)及附近設(shè)備無法工作。

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

5.3 故障率高

變頻器單體設(shè)備多，內(nèi)部接線復(fù)雜，存在功率模塊故障率高（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）廠家加強生產(chǎn)工藝控制，穩(wěn)定設(shè)備質(zhì)量；（2）檢修人員嚴(yán)格按工藝要求做好定檢維護(hù)，確保設(shè)備狀態(tài)良好；（3）運行中嚴(yán)格控制變頻設(shè)備工作溫度。變頻器運行中易受溫度制約，變頻器工作溫度應(yīng)穩(wěn)定控制在40℃以下；（4）斷電時僅切斷動力電源，控制電源保持上電狀態(tài)，減少對控制模塊的沖擊。

5.4 受環(huán)境影響

運行中產(chǎn)生大量熱量，危及元器件安全、穩(wěn)定運行。

解決措施：（1）在變頻器內(nèi)部安裝離心式冷卻設(shè)備，冷卻設(shè)備須與變頻器之間留一定空間，確保熱氣暢通地從變頻器內(nèi)排出；（2）在變頻室內(nèi)設(shè)制冷出力匹配的空調(diào)，進(jìn)風(fēng)選擇在環(huán)境好的地段并過濾，確保進(jìn)入變頻器內(nèi)的風(fēng)潔凈、溫度適宜；（3）做好變頻器本體、變頻室濾網(wǎng)及變頻室內(nèi)空調(diào)的定期清洗及維護(hù)，確保冷卻效果正常。

6. 結(jié)束語

火電廠建設(shè)初期為降低造價，一般不大規(guī)模使用變頻技術(shù)；已投產(chǎn)的火電廠通過技改使用變頻技術(shù)，主要是考慮節(jié)能降耗，或?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的精確控制，使工藝流程具有更高的可操控性，并一定程度上延長設(shè)備使用壽命和提高可靠性。隨著國家對火電廠環(huán)保排放、節(jié)能降耗的標(biāo)準(zhǔn)、要求不斷提高，變頻技術(shù)將有更加廣闊的應(yīng)用空間，因此對變頻技術(shù)在火電廠中的運用進(jìn)行探究是很有必要的，值得大力推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張振陽，姬勤，李遵基，王洪濱，劉軍祥，李東. 高壓變頻器在火電廠中運用模式分析[J]. 中國電力，2012，23：60-62.

[2]李帥. 低壓變頻技術(shù)在火電廠系統(tǒng)優(yōu)化中的作用[J]. 科技風(fēng)，2013，09：87-88.