高壓變頻器在熱網循環(huán)系統(tǒng)的應用

王超

【摘 要】某熱電廠裝機容量為2×300MW，選用1000kW熱網循環(huán)水泵2臺，管網覆蓋城市兩個行政區(qū)，供暖面積達到480萬m2。由于供熱系統(tǒng)自身的特點，熱網循環(huán)系統(tǒng)在運行中主要保證水循環(huán)穩(wěn)定和壓力恒定，即控制好水位、水壓達到安全運行的目的。機組在供熱期間，供熱負荷變化時需要調節(jié)水量，同時需要調節(jié)鍋爐引風機的風量，而電機的出力并沒有變化，其消耗的廠用電率是相當可觀的。當前節(jié)能環(huán)保已成為各發(fā)電企業(yè)必須完成的硬指標，所以降低廠用電率，合理調配設備運行方式是其急需解決的問題。

【關鍵詞】高壓變頻器；熱網循環(huán)；系統(tǒng)；應用；分析

1導言

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，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，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生的電壓脈動的“平波回路

2變頻器功能作用

2.1變頻節(jié)能

變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。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。

電動機使用變頻器的作用就是為了調速，并降低啟動電流。為了產生可變的電壓和頻率，該設備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學術語為“inverter”（逆變器）。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對于逆變?yōu)轭l率可調、電壓可調的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機調速用，又叫變頻調速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對波形進行整理，可以輸出標準的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價格的15--20倍。由于變頻器設備中產生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。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%）。一臺1.5匹的空調自身耗電算下來也有20-30W，相當于一盞長明燈.變頻器在工頻下運行，具有節(jié)電功能，是事實。

2.2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)的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

2.3軟啟動節(jié)能

一是電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的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，減輕了對電網的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)省了設備的維護費用。

二是從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動機的機械設備中，電動機在啟動時，電流會比額定高5-6倍的，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統(tǒng)在設計時在電機選型上會留有一定的余量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實現(xiàn)電機軟啟動、補償功率因素

3變頻器技術要求及改造方案

3.1改造對象

該廠有2臺變頻調速熱網循環(huán)泵，正常運行時，投運1#（2#）熱網循環(huán)泵，當管網壓力不足或者供熱量不足時，投入運行2#（1#）熱網循環(huán)泵。運行人員可根據(jù)供熱量的大小投入一臺或兩臺熱網循環(huán)泵變頻運行。當運行的變頻器發(fā)生故障時，切換到工頻運行，確保供熱系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

3.2改造邏輯設計

由于熱網熱負荷調節(jié)以調節(jié)汽輪機抽汽量為調節(jié)方式，所以熱網循環(huán)泵主要以穩(wěn)定供熱管網壓力為調節(jié)方式。熱網循環(huán)泵變頻調節(jié)以熱網供水壓力為被調量，通過DCS系統(tǒng)調節(jié)熱網循環(huán)泵轉速來調節(jié)供水壓力。

3.3對變頻調速系統(tǒng)的主要要求

一是要求變頻器要有高可靠性，長期運行無故障；二是要求變頻器有旁路功能，一旦出現(xiàn)故障，可使電機切換到工頻運行；三是調速范圍要大，效率要高。

3.4高壓變頻器主回路設計

該廠1#、2#循環(huán)泵高壓變頻器采用一拖一動切換工頻的控制方案。兩臺電機一用一備或兩臺同時運行，兩臺循環(huán)泵可單獨進行工頻或變頻運行。系統(tǒng)提供兩臺變頻器各一路電源，1#高壓電源拖動1#電機變頻器運行，或2#高壓電源拖動2#電機變頻器運行。QS1、QS3是雙刀雙擲隔離開關，工頻回路與變頻回路機械互鎖，避免發(fā)生一臺電機同時工頻、變頻運行情況。兩臺水泵供電系統(tǒng)不同，高壓變頻器運行實現(xiàn)一臺電機變頻運行、一臺電機工頻同時穩(wěn)定運行，兩臺設備啟停操作相互不能影響，運行方式：一是在供熱期間大負荷供熱時兩臺循環(huán)水泵變頻運行，保證兩臺給水泵長期穩(wěn)定變頻運行，且可實現(xiàn)系統(tǒng)自動調節(jié)，需要將兩臺循環(huán)泵變頻器頻率調至相同，避免兩臺泵并列運行時因出力不同相互影響；二是一臺高壓變頻器故障時，該電機切至工頻運行，另一臺電機變頻運行，兩臺泵并列時，變頻電機頻率需調整至40HZ以上，避免工頻電機所驅動的泵對其有影響三是兩臺變頻器故障時水泵同時能夠單獨或并列工頻運行。

3.5控制回路設計

DCS系統(tǒng)輸出4-20mA電流信號控制TKHVERT型高壓變頻調速系統(tǒng)的運行頻率，來控制電機的運行轉速。高壓變頻調速系統(tǒng)反饋4-20mA電流信號指示高壓變頻調速系統(tǒng)的輸出頻率、輸出電流。JD-BP38高壓變頻調速系統(tǒng)同時接收DCS控制系統(tǒng)的啟動、停止、急停、復位控制信號，調整運行狀態(tài)。當高壓變頻調速系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)輸出故障停機和報警信息，用于提示用戶啟動故障處理措施，同時高壓變頻調速系統(tǒng)將信號發(fā)送給DCS，在DCS系統(tǒng)上顯示故障，以便于及時的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)視人員立即點擊變頻器緊急停止按鈕，此時變頻器立即封鎖輸出，并及時跳開電源側高壓斷路器

4結論

熱電廠由于天氣溫度變化，所以每個月的供熱量是不同的，這樣就可以通過調節(jié)變頻器的頻率來調節(jié)供熱量，大大降低了運行成本，社會效益顯著，具有廣闊的推廣意義。

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（作者單位：大唐陜西發(fā)電有限公司西安熱電廠）