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(shù)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用上，需綜合考慮成本和效率問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行中各項(xiàng)因素的有效控制?；痣姀S使用變頻技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，減少設(shè)備耗電量，另外還可實(shí)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(shè)備使用壽命和提高可靠性，從而不斷提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。因此，研究變頻技術(shù)在火電廠運(yùn)行中的運(yùn)用十分必要。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；火電廠；運(yùn)用

目前，國外電廠的耗電量指標(biāo)明顯要低于國內(nèi)，在國外電廠中風(fēng)機(jī)、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(dòng)給水泵、帶液力耦合器的給水泵具有一定的速度調(diào)節(jié)功能，其他大型水泵、風(fēng)機(jī)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)設(shè)備出力。變頻技術(shù)是一項(xiàng)高效的調(diào)節(jié)速度技術(shù)，通過頻率的有效控制來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，從而對(duì)電器輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以節(jié)約電能。變頻技術(shù)已廣泛應(yīng)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(shí)現(xiàn)了企業(yè)的良性發(fā)展。

一、變頻技術(shù)的基本原理

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(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻技術(shù)是在電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的，其借助大型的電子器件實(shí)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(dòng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)是變頻技術(shù)電源的頻率，P是磁極的對(duì)數(shù)。

（一）變頻器的構(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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)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(jī)實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外變頻器還有過流、過壓、過載保護(hù)等很多保護(hù)功能。

主電路是給異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)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。

控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電的主電路提供控制信號(hào)的回路，它由頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電機(jī)的“保護(hù)電路”組成。

（二）變頻器的分類

根據(jù)直流電源的功能和性質(zhì)，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(diào)節(jié)方式和脈沖寬度的調(diào)節(jié)方式。根據(jù)電壓等級(jí)，可將變頻器分為高壓變頻器和低壓變頻器。

二、變頻技術(shù)的主要特點(diǎn)

（一）變頻技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、變頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

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

間接優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)能。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)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能源消耗在擋板、閥門截流過程中。使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求，降低電耗；另外還可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)節(jié)能、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能；（2）提高生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度。在滿足客戶通用需求的前提下，通過擴(kuò)展設(shè)計(jì)可以靈活地滿足客戶個(gè)性化要求、行業(yè)性要求、各種復(fù)雜高精度傳動(dòng)要求；（3）一定程度上提高設(shè)備可靠性并延長使用年限。變頻技術(shù)具有反應(yīng)速度快、中間步驟少和調(diào)節(jié)精度高的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備沒有沖擊可以確保設(shè)備的安全使用，尤其是可以減小設(shè)備啟動(dòng)電流，在軟啟動(dòng)條件下減少對(duì)器件的沖擊，一定程度上延長了設(shè)備的使用年限。

2、變頻技術(shù)的缺點(diǎn)

變頻器價(jià)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(yùn)行時(shí)會(huì)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(yīng)的通風(fēng)冷卻設(shè)備；變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率偏高；在使用過程中會(huì)產(chǎn)生輻射干擾、傳導(dǎo)干擾，對(duì)附近的儀表、儀器等設(shè)備有一定干擾，需要采取相應(yīng)的抗干擾措施。

（二）改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的其他方法

1、降壓

降壓的方法應(yīng)用于電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變過程中，其優(yōu)點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單，不用特別復(fù)雜的流程就能完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，但是其反應(yīng)速度不是很快，而且會(huì)消耗大量的電能，增加企業(yè)成本，這種方法可應(yīng)用于如鼠籠式電機(jī)和單相交流電機(jī)中。

2、滑差電機(jī)

這種方法應(yīng)用于改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)效率高。但如果運(yùn)用不當(dāng)會(huì)給電機(jī)帶來不良的影響，會(huì)破壞電機(jī)的性能，使電機(jī)產(chǎn)生故障，減少電機(jī)使用年限。這種方法可應(yīng)用于繞線式電機(jī)和單相交流電機(jī)中。

3、其他

另外還有改變磁極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)差率、液力耦合器等幾種方法。

三、變頻技術(shù)在火電廠運(yùn)行中的運(yùn)用情況

（一）變頻技術(shù)在火電廠的運(yùn)用領(lǐng)域

高壓變頻技術(shù)一般用于控制給水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等負(fù)荷變動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)余量較大的大功率高壓電機(jī)。調(diào)節(jié)效率高，且節(jié)能效果顯著。

低壓變頻技術(shù)主要用于調(diào)節(jié)范圍較大的皮帶給煤機(jī)、葉輪給煤機(jī)、撈碎渣機(jī)、生活水泵、計(jì)量泵、加藥泵等對(duì)參數(shù)控制精準(zhǔn)度要求較高的電機(jī)，以及真空泵、渣漿泵等負(fù)荷變動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)余量較大的大功率低壓電機(jī)。調(diào)節(jié)效率高，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性強(qiáng)，且節(jié)能效果好。

（二）變頻技術(shù)在火電廠的應(yīng)用效果

1、提高設(shè)備自動(dòng)化控制、調(diào)節(jié)水平

變頻技術(shù)通過改變電機(jī)的電壓和頻率，使電機(jī)的速度可以無極調(diào)節(jié)，且變頻技術(shù)功能比較完備，操作步驟也不復(fù)雜，大大提高了系統(tǒng)控制的效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)參數(shù)的精確控制，滿足了對(duì)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(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

2、節(jié)能

（1）變頻器節(jié)能。主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)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(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(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，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。

變頻不是到處可以省電，有不少場(chǎng)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(shí)，但前提條件是：大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)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(yùn)行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。一定要注意使用場(chǎng)合和使用條件才好正確應(yīng)用。

（2）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能。無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)降低導(dǎo)致電網(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(fèi)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，增加了電網(wǎng)的有功功率。

（3）軟啟動(dòng)節(jié)能。電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)的大電流和震動(dòng)對(duì)擋板和閥門損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命不利。而使用變頻后，利用變頻軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

從理論上講，變頻器可用在所有帶有電機(jī)的機(jī)械設(shè)備，電機(jī)啟動(dòng)電流會(huì)比額定高5-6倍，不但會(huì)影響電機(jī)使用壽命而且消耗較多的電量；系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)電機(jī)選型上會(huì)留有一定余量，電機(jī)的速度是固定不變，但在實(shí)際使用中，有時(shí)要以較低或較高速度運(yùn)行，因此進(jìn)行變頻改造是非常必要的。

四、變頻技術(shù)在火電廠運(yùn)行中運(yùn)用存在的問題及解決措施

（一）震動(dòng)和沖擊問題及解決措施

變頻技術(shù)在火電廠應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)和沖擊問題，變頻器在受到強(qiáng)烈的震動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電器的接觸不良，導(dǎo)致電器不能正常運(yùn)行，影響電廠生產(chǎn)工作。

解決措施：避免振動(dòng)與沖擊。為防止引發(fā)電器接觸不良，變頻器安裝場(chǎng)所應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源，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(dòng)的元器件。

（二）干擾問題及解決措施

變頻器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生輻射干擾、傳導(dǎo)干擾，對(duì)附近的儀表、儀器、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置有一定干擾，如果處理不好，干擾會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)及附近設(shè)備無法工作。

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

（三）故障率高問題及解決措施

變頻器單體設(shè)備多，內(nèi)部接線復(fù)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(shè)備廠家加強(qiáng)生產(chǎn)工藝控制，穩(wěn)定提升設(shè)備質(zhì)量；（2）電廠檢修人員嚴(yán)格按工藝要求做好變頻設(shè)備定期檢修維護(hù)，確保設(shè)備處于良好狀態(tài)；（3）運(yùn)行中嚴(yán)格控制變頻設(shè)備工作溫度。變頻器在運(yùn)行中易受到溫度制約，為確保變頻器安全可靠運(yùn)行，變頻器工作溫度宜低，應(yīng)穩(wěn)定控制在40℃以下；（4）斷電時(shí)僅斷動(dòng)力電源，控制電源長期保持上電狀態(tài)，減少對(duì)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(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為降低變頻器運(yùn)行溫度：

1、在變頻器內(nèi)部安裝離心式制冷設(shè)備，降低變頻器運(yùn)行溫度。制冷設(shè)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(nèi)排出。由于變頻器調(diào)節(jié)電室運(yùn)用的是負(fù)壓，所以變頻器進(jìn)風(fēng)處應(yīng)選擇在通風(fēng)環(huán)境較好的地段安裝，并過濾進(jìn)風(fēng)，確保進(jìn)入變頻器內(nèi)的風(fēng)潔凈，根據(jù)周圍的溫度和環(huán)境來控制進(jìn)風(fēng)頻率，確保變頻器內(nèi)溫度在合理范圍。

2、在變頻室內(nèi)安裝制冷出力匹配的空調(diào)，并對(duì)變頻室進(jìn)風(fēng)過濾，確保冷卻效果。（1）在變頻器內(nèi)部安裝離心式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上，變頻室內(nèi)設(shè)置數(shù)臺(tái)制冷出力與變頻器產(chǎn)生熱量匹配的空調(diào)，對(duì)進(jìn)風(fēng)過濾，確保進(jìn)入變頻器內(nèi)的風(fēng)潔凈、溫度適宜；（2）注意空調(diào)電源的選擇，嚴(yán)禁所有空調(diào)接于同一路電源，避免電源故障導(dǎo)致空調(diào)全部停運(yùn)危及變頻器運(yùn)行；（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。

五、結(jié)束語

火電廠建設(shè)初期為降低造價(jià)，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，減少設(shè)備耗電量，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(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。隨著國家對(duì)火電廠環(huán)保排放、節(jié)能降耗工作越來越重視，標(biāo)準(zhǔn)、要求不斷提高，變頻技術(shù)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(lǐng)域?qū)⒂兄訌V闊的應(yīng)用空間，因此，對(duì)變頻技術(shù)在火電廠運(yùn)行中的運(yùn)用進(jìn)行探究是很有必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]張陽，劉軍祥，李遵基. 高壓、低壓變頻技術(shù)在火電廠中的運(yùn)用分析 [J]. 熱能動(dòng)力工程，2012，12：191-194+217.

[2]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(yùn)用模式分析[J]. 中國電力，2012，23：60-62.

[3]李建強(qiáng)，牛成林，劉吉臻.高壓變頻技術(shù)在火電廠系統(tǒng)調(diào)節(jié)中的應(yīng)用[J]. 動(dòng)力工程，2009，16：830-835.

[4]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.

[5]洪波，揚(yáng)自奮，高鶚.高壓變頻器在火電廠在給水泵優(yōu)化中的運(yùn)行分析 [J]. 電站輔機(jī)，2013，03：36-42.