低壓變頻器在熱電廠中的運用分析

摘 要：變頻器技術是在現(xiàn)代化電力電子技術高速發(fā)展的基礎上發(fā)展而來，是一種新興的調速控頻技術。變頻器可以對頻率、轉速等進行有效性調節(jié)和控制，并調節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。低壓變頻器在熱電廠的有效應用，可以把工頻電流轉化為直流，繼而形成電壓、頻率可控的交流電，方便用電設備進行使用，促進了熱電廠整體生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗，并發(fā)揮了良好的保護與啟制動功能。對低壓變頻器在熱電廠的應用要點進行分析，旨在進一步提升熱電廠的運行質量，減少能源消耗，促進經(jīng)濟效益、生態(tài)效益的綜合性提升。

關鍵詞：低壓變頻器;熱電廠;應用

中圖分類號：TM921.51;TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）07-0059-03

0 引言

變頻器主要是通過電力半導體器件的通斷功能，把工頻電源轉化為另一頻率的電能控制裝置。這是一種新興的變頻調速技術，在應用中可以起到良好的軟啟動、變頻調速、提高運轉進度、改變功率等作用，同時還具有較強的過載、過流、過壓保護功能。低壓變頻器技術先進，性能穩(wěn)定，而且節(jié)能效果良好，在熱電廠中得到了良好的使用，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造新方向，促進熱電廠經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、社會效益的綜合性增長。在熱電廠生產(chǎn)中，結合實際要求對低壓變頻器進行優(yōu)化應用，明確變頻器的工作原理，分析其工藝特點，并結合實際生產(chǎn)要求選擇合適的型號類型，確保其功能作用的最大化發(fā)揮。其中低壓變頻器在熱電廠的應用路徑包含很多方面，如鍋爐、汽車給水泵、凝結水泵、熱網(wǎng)補水、鍋爐風機電機等，既可以提高整體設備的生產(chǎn)運行效率，強化生產(chǎn)能力，也可以減少熱電廠運行發(fā)展中的能源消耗，真正做到節(jié)能降耗，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，減少環(huán)境污染壓力，推動熱電廠綜合效益的全面提升。

1 變頻器概述工作原理

1.1 工作原理

變頻器可以通過電力半導體器件來對工頻電源進行調節(jié)控制，并將其運行狀態(tài)改變?yōu)榱硪活l率的電能控制裝置，從而實現(xiàn)對異步電動機的軟啟動、過流保護、變頻調速、改變功率因數(shù)等目標。低壓變頻器在運行過程中，往往是利用交-直-交的途徑，在整流器的作用下，把工頻交流電源轉化為直流電源，之后將其轉化交流電源，在這一過程中其頻率、電壓都可以得到有效性控制與調節(jié)，從而方便異步電動機進行使用[1]。變頻器主要由整流器、逆變電路、濾波電路等部分構成。

當前階段，整流器主要是使用二極管變流器，能夠把工頻電源直接轉化為直流電源，也能夠通過相關操作構成可逆變流器，實現(xiàn)高功率方向可逆，可再生運轉;逆變器可以把直流功率轉化為交流頻率，在特定階段獲得三相輸出。隨著科學技術的逐漸發(fā)展，逆變器的運行已由原來PAM控制方式轉變?yōu)镻WM波形輸出方式，這種控制模式主要是通過調節(jié)脈沖寬度來對電壓輸出波形進行調制，其調速方式為SP-WM調速方式。在運行中的直流環(huán)節(jié)主要包含濾波、直流儲能、緩沖無功功率等?？刂齐娐分饕δ転楫惒诫妱訖C主電路提供信號控制的回路，其中包含很多內(nèi)容，如電壓與頻率的運算電路、主電路電流電壓檢測回路、電機速度檢測回路等。低壓變頻器是一種高效運轉而且節(jié)能效果良好的電機調速裝置，可以對電機的轉速進行靈活性調控，而且其制動性能良好，適用性強，在熱電廠生產(chǎn)中得到廣泛應用，成為電氣傳動發(fā)展的重要趨勢。

1.2 特點分析

變頻調速是一種新興的調速技術，而且因為其良好的應用性能，在未來具有較大的發(fā)展前景。在實際應用中，變頻器主要是在三相異步電動機上發(fā)揮調速作用[2]，而且其應用優(yōu)勢較為明顯，可以發(fā)揮較好的節(jié)能效果，其節(jié)能效果可以達到50%;低壓變頻器的調速范圍較廣，制動性和啟動效果很好，能夠確保軟啟動、自動平滑加速、快速制動功能的高效化實現(xiàn);而且低壓變頻器還可以在計算機系統(tǒng)的協(xié)助下對自身、電機、電路等實現(xiàn)遠程操控和實時監(jiān)測，尤其是在線路出現(xiàn)過壓、過欠、過載、過流等現(xiàn)象時發(fā)揮良好的保護功能，自動發(fā)出故障報警，并自動停止運行，同時還可以對具體故障問題進行精準判斷與顯示。

在實際應用中，低壓變頻器的輸入功率因數(shù)較高，產(chǎn)生的電流諧波較少，不需要安裝諧波抑制設備;輸出PWM波形，不需要安裝輸出濾波裝置，可以與普通的電機進行連接，而且對電纜、電機絕緣不會產(chǎn)生損害，可以降低對軸承、葉片機械的震動作用。

1.3 選型標準

①負載類型。包含恒轉矩、恒功率、風機水泵等類型。②電壓。在對變頻器的額定電壓進行選擇時，需要確保其與負載額定電壓的契合性。③電流。在對變頻器電流進行選擇時，需要結合其電流值、功率為依據(jù)，保障電流的匹配性，尤其是針對那些高速泵電機、多級低轉速電機，要嚴格選擇。④轉矩。在變頻器驅動離心機負載時，需要較大的轉矩，耗時較長，需要選擇啟動過載能力強、具有低頻轉矩補充功能的變頻器設備[3]。⑤安裝距離。對變頻器與用電負荷之間的安裝距離進行合理調控，如果太遠容易出現(xiàn)電纜對地耦合電容現(xiàn)象，并降低變頻器輸出能力，因此可以在其輸出端設置輸出電抗器。⑥電壓等級。變頻器的電壓等級受到功率器件電壓水平、電流能力的影響，多數(shù)普通的變頻器主要是利用串聯(lián)方式發(fā)揮作用，這種形式容易出現(xiàn)線路安裝復雜、費用高、穩(wěn)定性不足等現(xiàn)象，市場發(fā)展空間較小，所以可以在低壓變頻器輸出端設置輸入變壓器，以便對電平進行隔離，改善輸入電流波形，并減少輸出諧波。由此可見，需要對變頻器以及電動機的電壓等級進行合理選擇。⑦機械設備的負載轉矩特點。恒轉矩負載中，其負載轉矩不受到轉速的影響，而且負載轉矩始終恒定，負載速度增加，其負載功率也相應的呈現(xiàn)線性升高狀態(tài)。恒轉矩負載類型主要包含，傳送帶、攪拌機等摩擦負載，以及起重機、電梯等重力負載。為了能夠對恒轉矩負載進行有效驅動，需要變頻器輸出較大轉矩和過載力，同時對異步電動機的散熱性能進行綜合考量，防止出現(xiàn)電動機過熱問題。⑧接線。包含電機、制動電阻器、控制信號發(fā)送等電纜，需要選用兩端屏蔽層接地的屏蔽電纜，并對動力線以及信號線進行分別設置;通過模擬量信號對變頻器開展遠程操控，降低相關設備的干擾，同時確保模擬量信號要與主回路、控制回路分別布線。

2 低壓變頻器在熱電廠中的應用分析

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，日常生活生產(chǎn)中的用電量加大，對熱電廠的生產(chǎn)能力提出了更高的要求?；诖耍瑹犭姀S需要對低壓變頻器進行優(yōu)化應用，既可以提高整體生產(chǎn)效率，也可以減少生產(chǎn)運行中的能源消耗，有效控制運營成本，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對于用電需求的同時，也提高熱電廠的經(jīng)濟效益。所以，需要對低壓變頻器在熱電廠中的應用路徑進行綜合性分析，明確其應用要點，如在鍋爐專業(yè)、汽車給水泵、凝結水泵、熱網(wǎng)補水、鍋爐風機電機等中的應用要點，保障其高效發(fā)揮功能作用，在提高熱電廠整體運行效益方面做出重要貢獻。在熱電廠的生產(chǎn)過程中，低壓變頻器主要在風機、水泵、輸送皮帶類設備中進行使用，并發(fā)揮其調速控制功能，同時實現(xiàn)對異步電動機的自動控制和軟啟動。

2.1 鍋爐專業(yè)的應用

當其下達調度指令后，首先根據(jù)調度指令對運行中的鍋爐負荷進行調整，然后通過DCS向給煤機變頻器輸出相關指令，輔以風機、水泵系統(tǒng)輸出相關指令，確保其按照指令要求對轉數(shù)進行調節(jié)，只有這樣才能確保負荷指令的切實執(zhí)行。 在鍋爐專業(yè)運行中使用低壓變頻器，可以發(fā)揮其保護功能，對電子負荷、堵轉等問題進行及時保護，避免出現(xiàn)設備燒毀問題。同時還可以對設備系統(tǒng)運行過程進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)控制信號的異常情況，在發(fā)出故障警報的同時，停止運行。在出現(xiàn)電壓異常、短路、高溫情況下，也可以進行自動保護[4]。

2.2 汽機給水泵以及凝結水泵中的應用

在汽機給水泵中使用低壓變頻器進行控制，可以結合負荷的變化，對給水量進行有效控制，負荷要求大時，可以提高給水量，負荷小時，減少給水量。在此情況下結合給水量的不同，利用低壓變頻器對頻率進行調節(jié)，避免了滿出力運行的情況，減少電能消耗，提高熱電廠運行效率。[5]在具體運行中，如果給水泵出現(xiàn)故障問題，需要備用泵自動替代進入到運行狀態(tài)中。在這里低壓變頻器發(fā)揮其瞬停再啟動、飛車啟動等功能，可以有效降低運行成本。

2.3 熱網(wǎng)補水中的應用

在熱電廠運行過程中，需要在供熱進程中對熱網(wǎng)開展持續(xù)性補水作業(yè)，以便防止熱網(wǎng)水資源消耗過大影響其安全運行。在以往的人工調控中，往往需要結合熱網(wǎng)回水水壓情況，對軟化水泵進行頻繁的停運、啟動操作，這樣不僅降低生產(chǎn)效率，頻繁的啟停沖擊更容易引起安全事故。利用低壓變頻器進行調節(jié)控制，可以結合生產(chǎn)需要對熱網(wǎng)回水壓力進行設置，以此來對回水的實際壓力進行有效性調節(jié)，保障熱網(wǎng)的及時補水，提升整體系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。在特定情況下，可以利用一臺變頻器拖動兩臺電力設備的作用，充分發(fā)揮其調速控制功能。在使用變頻器對電機進行變頻調節(jié)時，需要在出口位置設置雙頭閘刀，從而保障運行安全性。

2.4 鍋爐風機電機的調節(jié)控制

在鍋爐的運行過程中，由于燃料構成、熱負荷、電負荷等往往會出現(xiàn)很大的差異性，因此在鍋爐燃燒中所需的空氣量也不盡相同，前后變化較大。基于此，在對鍋爐風機進行設計時，通常是以鍋爐最大出風量為指標進行設計，由此可見風機風電的配置功率較大，如果不對其進行合理控制，鍋爐低負荷運行時，會出現(xiàn)嚴重的能量浪費，甚至出現(xiàn)風道共振，引起嚴重的安全問題。利用低壓變頻器對風機電機進行控制，可以利用其軟啟動功能進行遠程操作，并實現(xiàn)良好的變頻節(jié)能效果。在鍋爐引風機、送風機、一次風機等運行中，需要保持其連續(xù)性，而且需要結合負荷的變化對頻率進行隨時調整，在此環(huán)節(jié)中可以充分發(fā)揮低壓變頻器的瞬停再啟動功能，鍋爐高負荷時，通過一拖一的方式對變頻與工頻進行自動互切，保障風機的安全可靠性運行。

3 低壓變頻器應用中的技術改造要點

在熱電廠生產(chǎn)過程中，有效使用低壓變頻器并通過節(jié)能技術改造，可以增加其經(jīng)濟效益，降低能源消耗，促進生態(tài)效益和社會效益的提升，推動熱電企業(yè)生產(chǎn)技術水平的創(chuàng)新與優(yōu)化。

在技術改造時，需要結合生產(chǎn)設備類型、功能的不同，選擇合適的變頻器，確保其特性與生產(chǎn)需求相適應。在對鍋爐風機變頻器進行改造時，需要保障其提速、降速特性與燃燒工藝特點相契合;此外，在技術改造中要強化安全管理和控制，減少變頻器安全故障的發(fā)生，保障鍋爐供氣的安全性和可靠性，盡量安裝工頻-變頻手動切換旁路系統(tǒng)，避免使用自動旁路;在對變頻器進行改造完成后，需要對風機運行情況進行時刻觀察，及時發(fā)現(xiàn)扭曲共振現(xiàn)象，可以增加頻率跳躍功能，可以有效規(guī)避共振點、軟連接等，減少安全事故的發(fā)生幾率;要對變頻器、電機采取科學合理的散熱措施。

對脫硫冷熱換熱器傳動裝置進行改造，減少了電動機啟動對電機的沖擊損害，并強化了泵與風機的自動控制效果，降低轉速的同時，減少了泵與風機葉輪、軸承的沖擊與磨損，延長設備使用壽命，減少能源消耗，節(jié)能效果明顯提升，促進電廠經(jīng)濟效益的提升。改造后的脫硫冷熱換熱器變頻器接線方式如圖1所示。

由此可見，為了進一步提高低頻變壓器的運行效率，最大程度上發(fā)揮其在熱電廠生產(chǎn)中的功能效果，真正挖掘其節(jié)能降耗優(yōu)勢，需要結合熱電廠的實際生產(chǎn)需求和生產(chǎn)特點，同時對生產(chǎn)設備、技術、工藝等進行分析，從而制定針對性、適宜性、有效性的改造技術，有效提升低壓變頻器的運行效率，減少整體生產(chǎn)能耗，促進經(jīng)濟效益、生態(tài)效益的提升。

4 結語

綜上所述，隨著電力電子技術的高速發(fā)展，我國變頻器技術、性能迅猛提升，在風機電機、水泵類負荷調節(jié)中得到了廣泛的應用，尤其是在熱電廠生產(chǎn)中的應用，體現(xiàn)了良好的節(jié)能降耗效果，不僅提升熱電廠生產(chǎn)工藝水平和產(chǎn)品質量，而且減少了生產(chǎn)過程中設備沖擊與噪聲，避免設備損耗，可以延長設備使用壽命，提升生產(chǎn)效率。低壓變頻器的調節(jié)控制作用，可以對熱電廠的機械設備進行簡化，使用更加人性化的調控模式，促進生產(chǎn)設備功能的完善與優(yōu)化。同時低壓變頻器在使用過程的費用較低，經(jīng)濟回報效益較高，在電力、紡織、化工等行業(yè)具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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收稿日期：2022-02-23

作者簡介：于旭光（1981—），男，山東平度人，本科，機械電氣工程師，研究方向：小熱電電氣運行、電氣設備維護、風機水泵等轉動機械節(jié)能及可靠性。