火電廠高壓變頻器控制與設(shè)計研究

廣志景

（嘉峪關(guān)宏晟電熱有限責(zé)任公司 甘肅省嘉峪關(guān)市 735100）

自從改革開放開始到今天，我國科學(xué)技術(shù)得到了高速發(fā)展，對于各種設(shè)備與技術(shù)進(jìn)行了深入研究，而且在很多行業(yè)中也都投入使用。例如火電廠中，使用了高壓變頻器，此種設(shè)備是非常常見的設(shè)備，用于廣泛應(yīng)用，將高壓變頻器應(yīng)用于火電廠中，高頻變壓器在使用時能夠帶來非常多的益處。而且，從高壓變頻器設(shè)計情況來看，和變頻器擁有著巨大區(qū)別，而且還擁有十分獨(dú)特的線路，在電壓、電流等方面也能夠加以有效控制，在控制柜上需要把控制信息傳輸?shù)焦β蕟卧?，根?jù)信息進(jìn)行調(diào)整，以便得到需要使用的電壓。另外，高壓變頻器應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)在繼電設(shè)備上的保護(hù)，避免其自身受到損害。下面筆者就針對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 高壓變頻器分散型控制系統(tǒng)控制方式分析

火電廠中最為常用的是分散型控制系統(tǒng)，其主要是起到輔助控制的作用，對高壓變頻器進(jìn)行控制的方式主要包括：

（1）在控制過程中主要是對流量與壓力進(jìn)行控制，以便實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，而控制標(biāo)準(zhǔn)為4mA 到20mA，其本身就附帶有控制功能。

（2）控制目標(biāo)為轉(zhuǎn)速，主要是展開開環(huán)控制。對轉(zhuǎn)速數(shù)值進(jìn)行設(shè)定時，主要是以實(shí)際情況加以設(shè)定，通常4mA 狀態(tài)下為0 轉(zhuǎn)速，而20mA 則是額定轉(zhuǎn)速。

（3）控制目標(biāo)為頻率，實(shí)施開環(huán)控制。相關(guān)工作人員可以通過觸摸屏對輸出頻率進(jìn)行設(shè)置，對于高壓變頻器而言常常在目標(biāo)數(shù)值的控制上是以輸出頻率為主。

上述三種形式都可以根據(jù)具體情況而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，如果是對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，應(yīng)當(dāng)采用V/F 模式，在控制高壓變頻器時則可以采取手動控制的方式。

2 高壓變頻器工頻旁路設(shè)置分析

當(dāng)火電廠發(fā)電功率為125MW，此時則應(yīng)當(dāng)選擇使用雙套輔機(jī)，在其兩側(cè)還應(yīng)當(dāng)配置鍋爐風(fēng)機(jī)，如此則能夠確保如果當(dāng)一側(cè)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障問題以后，那么另一側(cè)風(fēng)機(jī)依然能夠確?；痣姀S處于正常工作的狀態(tài)。因此，火電廠中所使用的高變頻器主要是采用“一拖一”的方式，如果鍋爐某一側(cè)風(fēng)機(jī)發(fā)生了故障，那么通過手動方式將其運(yùn)行方式切換為旁路工頻，還可以選擇使用分散型控制系統(tǒng)，使得另一側(cè)變頻器得以提速，如此則能夠讓鍋爐保持正常工作的狀態(tài)[1]。當(dāng)高壓變頻器提速時，通過對電流進(jìn)行設(shè)置避免增加過快，從而限制電流，以便有效保護(hù)電路不會受到任何的破壞。

對于小型火電廠來說，鍋爐則主要是采用了單送風(fēng)機(jī)和單引風(fēng)機(jī)，若是電動機(jī)自身的功率不足300kW，那么則需要將其校核成組進(jìn)行使用。380V 的廠用母線電壓為60%以上，此種情況最為理想的是使用低壓變頻器，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且還擁有非常高的可靠度[2]。如果電廠需要用到高壓變頻器，那么就需要對自動旁路回路進(jìn)行設(shè)置，以免變頻器發(fā)生故障而導(dǎo)致鍋爐停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如果使用的是水泵類輔助機(jī)器，那么則應(yīng)當(dāng)采用“一拖一”方式，不論是效率還是靈活度都會非常高。通常情況下，火電廠中機(jī)組一般是配備兩臺水泵，正常使用和備用各一臺，對水泵進(jìn)行切換時，主要是利用轉(zhuǎn)換與自投的方式。在火電廠中都配備有很多容量較大的水泵，因此要根據(jù)發(fā)電廠的具體情況對配置進(jìn)行選擇。

從上述內(nèi)容中能夠看出來，在選擇高壓變頻器時要考慮各個方面情況，切勿盲目選擇，而且不同類變頻器所使用的控制方式也是不一樣的。若是火電廠使用送風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)各一個，需要實(shí)現(xiàn)在工頻與變頻上的自由切換；若是火電廠使用的送風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)各兩個，那么就應(yīng)當(dāng)采用“一拖一”變頻器；若是使用的是凝結(jié)水泵，此時則應(yīng)當(dāng)采用“一拖二”變頻器。

3 高壓變頻器回路保護(hù)設(shè)置分析

對高壓變頻器進(jìn)行保護(hù)所采用的形式主要包括了過負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)等方式。從當(dāng)前具體發(fā)展情況來看，如果想要將高壓變頻器應(yīng)用于火電廠中，在對變頻器進(jìn)行設(shè)計時需要有至少一種繼電保護(hù)方式。如今，火電廠所采用的保護(hù)方式為綜合保護(hù)方式，主要是通過使用電腦對交流輸入模塊中的回路電流信息進(jìn)行采集，之后再使用數(shù)字法以便能夠取得較為理想的保護(hù)效果[3]。而保護(hù)裝置則需要將其安裝于專門位置，切勿出現(xiàn)隨意安裝的情況，而且在位置上的選擇也是非常重要的。

對電動機(jī)的控制如果是通過高壓變頻器而得以實(shí)現(xiàn)，高壓變頻器則處于電動機(jī)和開關(guān)柜兩者之間，以便對兩者的運(yùn)行起到保護(hù)作用當(dāng)，而在整個過程中主要分為兩個環(huán)節(jié)，高頻變壓器則是兩個環(huán)節(jié)的分界點(diǎn)，對于每個環(huán)節(jié)的保護(hù)也都是分段實(shí)施的。當(dāng)對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速時，高壓變頻器本身就應(yīng)當(dāng)擁有對電動機(jī)與整流變壓器的保護(hù)功能[4]。高壓輔機(jī)在使用過程中也要使用高壓變頻器，同時還應(yīng)當(dāng)設(shè)置工頻旁路。當(dāng)變頻向工頻旁路進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，應(yīng)當(dāng)重視對開關(guān)柜的保護(hù)，需要注意的是不可出現(xiàn)低于電動機(jī)保護(hù)的情況，所以應(yīng)當(dāng)在工頻旁路回路上設(shè)置高壓變頻器，另外需要設(shè)置計算機(jī)綜合保護(hù)裝置。

若是高壓電動機(jī)功率達(dá)到了2M，不僅要采用高壓變頻器進(jìn)行控制，還應(yīng)當(dāng)使用重聯(lián)差動保護(hù)裝置，如果電動機(jī)組發(fā)生了問題則需要加強(qiáng)對設(shè)備的保護(hù)。如果電動機(jī)在運(yùn)行時處于工頻運(yùn)行狀態(tài)，通常差動保護(hù)方式便能夠滿足使用上的需求。根據(jù)高壓變頻器實(shí)際運(yùn)行情況來看，調(diào)節(jié)頻率一直處于穩(wěn)定的范圍中，此范圍為0Hz 到50Hz。因?yàn)樽冾l器自身擁有很多優(yōu)點(diǎn)，因此對電流進(jìn)行輸出與輸入時并不會影響到彼此。高壓電動機(jī)中的變頻器處于工作狀態(tài)時，在對其進(jìn)行保護(hù)時也不要采用計算機(jī)差動保護(hù)的方式，而是應(yīng)當(dāng)使用磁平衡差動保護(hù)，如此則能夠獲得更加良好的保護(hù)效果，避免因?yàn)楸Ｗo(hù)方式不滿足要求而沒有起到應(yīng)有的保護(hù)效果[5]。

4 高壓變頻器保護(hù)設(shè)計中應(yīng)該注意的問題

當(dāng)對高壓變頻器進(jìn)行保護(hù)設(shè)計時，需要考慮的因素有很多，還需要在很多問題上給予格外注意，下面筆者就針對輸入欠電壓保護(hù)、瞬時掉電再啟動功能、輔助電源失電保護(hù)、綜合保護(hù)等問題進(jìn)行闡述，具體內(nèi)容如下所示。

4.1 輸入欠電壓保護(hù)

對于火電廠中輔機(jī)進(jìn)行保護(hù)時，高壓變頻器主要是通過對電源電壓進(jìn)行控制而起到保護(hù)作用，還應(yīng)當(dāng)使得變頻器輸出值應(yīng)當(dāng)?shù)陀陔娫辞袚Q過程中回路電源中所產(chǎn)生的電壓。若是對電源電壓進(jìn)行控制時相對較低，那么變頻器則會出現(xiàn)停止運(yùn)行的情況，如此則在一定程度上降低了電動機(jī)的效率，而且母管中的壓力也變得越來越低，此時備用泵便會投入使用，當(dāng)母線電壓恢復(fù)正常以后，變頻器也就開始重新工作[6]。所以，火電廠通常都非常喜歡使用高壓變頻器，除了因?yàn)槠浔旧頁碛休^大的容量以外，更為重要的是其本身具有良好的質(zhì)量以及更高的效率，即便處于直流欠電壓的狀態(tài)導(dǎo)致發(fā)生了故障，也能夠讓電動機(jī)維持正常工作狀態(tài)，變頻器不會發(fā)生停止運(yùn)行的情況。

4.2 瞬時掉電再起動功能

通常情況下，若是變頻器在工作時發(fā)生了突然掉電的情況，那么變頻器就會不斷減速，直至停止運(yùn)轉(zhuǎn)。若是在掉電以后9 秒中內(nèi)恢復(fù)了電源供應(yīng)，并且電動機(jī)還存在轉(zhuǎn)動速度，將會導(dǎo)致電動機(jī)輸出啟動和電動機(jī)中所殘留的電壓產(chǎn)生沖擊電流。因此，火電廠對于變頻器有著特殊的要求，那就是當(dāng)變頻器發(fā)生了瞬時掉電的情況，可以實(shí)現(xiàn)再啟動，促使變頻器能夠保持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，電動機(jī)也能夠一直處于正常工作的狀態(tài)。

4.3 輔助電源失電保護(hù)

高壓變頻器在運(yùn)行時，輔助電源對其將會起到十分重要的作用，所謂輔助電源就是平時所說的控制電源，其在使用過程中能夠使得系統(tǒng)具有良好可靠性與安全性。根據(jù)具體情況來看，控制電源應(yīng)當(dāng)擁有自動切換、UPS 等各種功能，通過這些功能所起到的保護(hù)作用，即使其中任何回路被切斷，那么整體的運(yùn)行也不會受到任何的干擾與阻斷，一直處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)[7]。

4.4 綜合保護(hù)

除了上述三個問題以外，還應(yīng)當(dāng)注重以下問題：

（1）當(dāng)輸入電壓發(fā)生下降，轉(zhuǎn)速變得越來越慢以后，如果高壓變頻器要保持持續(xù)工作，或是不受任何的干擾，那么則應(yīng)當(dāng)采取措施提升輸出，然而此種則會造成電流過大的情況，從而對IGBT元件造成損壞，因此在不斷提升輸出效率是，應(yīng)當(dāng)充分考慮到電動機(jī)具體的轉(zhuǎn)速，為其設(shè)置延時時間以及緩沖值，能夠有效避免發(fā)生上述情況。

（2）當(dāng)變頻器中任何一個功率單元出現(xiàn)了問題，那么都會使變頻器發(fā)生問題，從而影響到整個系統(tǒng)工作。因此，如果想要避免變頻器在工作過程中受到過多的阻礙，應(yīng)當(dāng)在變頻器保護(hù)功能中對此種情況進(jìn)行設(shè)置自動旁路，當(dāng)功率單元發(fā)生問題以后可以通過自動旁路促使變頻器能夠得以良好運(yùn)行[8]。

（3）在高壓變頻器中存在非常多的開關(guān)，而且在每個開關(guān)上都需要設(shè)置五防閉鎖，其主要目的是為了規(guī)避因?yàn)楣ぷ魅藛T自身在操作上所存在的失誤而造成不良影響，從而有利于對系統(tǒng)的保護(hù)。

（4）高壓變頻器如果想要完整的完成各項(xiàng)工作，常常都需要展開多種保護(hù)動作，而且所有發(fā)生的故障問題都要保存起來，而且即便出現(xiàn)了斷電的問題也能夠確保數(shù)據(jù)不會發(fā)生丟失的情況，所有數(shù)據(jù)信息全在。故障記錄主要記錄故障發(fā)生時間、類型等等，而這些都會在顯示屏上顯示。

（5）高壓變頻器中的任何保護(hù)都應(yīng)當(dāng)輸出硬接點(diǎn)上，如此則能夠與外部報警裝置連接在一起，最大程度降低危害。

5 結(jié)語

總之，火電廠中很多地方都使用了高壓變頻器，由于其本身所具有的控制功能以及保護(hù)設(shè)計，使得其為火電廠各個方面的工作帶來了很多便利，但是這也在一定程度上表示了對高壓變頻器進(jìn)行設(shè)計存在很大難度與復(fù)雜性。當(dāng)對高壓變頻器進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)當(dāng)重視很多細(xì)節(jié)，當(dāng)變頻器或是線路中發(fā)生了任何情況都需要及時進(jìn)行處理與應(yīng)對，以便能夠獲得較為理想的效果。隨著時代的不斷發(fā)展，高壓變頻器在設(shè)計與控制方面也會不斷加以更新，促使其能夠在火電廠中發(fā)揮出更為重要的作用，而這也是當(dāng)下相關(guān)研究人員進(jìn)行研究的熱點(diǎn)課題，使得高壓變頻器能夠進(jìn)一步發(fā)揮出其本身所具有的作用。