變頻器在火電廠中的應用

摘要：隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，高壓大功率變頻調速裝置不斷地成熟起來，變頻器可用于高壓交流電動機驅動的風機、水泵類負載的調速、節能、軟啟動和智能控制等多種場合。

關鍵詞：變頻器 技術改造 電動機

電機是國民經濟中主要的耗電大戶，尤其是高壓大功率的更為突出，這些設備大部分都有節能的潛力。某熱電廠總裝機容量50MW，主要擔負著該地區冬季供暖、夏季電網調峰任務，負荷波動較大。針對該廠實際情況，對高壓電動機進行了變頻改造。

1 變頻器的特性

1.1 高質量電源輸入。輸入側隔離變壓器二次線圈經過移相，為功率單元提供電源，對6KV而言相當于30脈沖二極管整流消除了大部分由單個功率單元所引起的諧波電流，大大抑制了網側諧波（尤其是低次諧波）的產生。變頻器額定輸入功率因數大于0.96，無需功率因數補償電容，減少無功輸入，降低供電容量。

1.2 調速范圍大，精度高，即使在較低轉速下也能保證良好平滑的起步加速特性。

1.3 調速穩定性好，電動機運行噪聲低，可靠、效率高。

1.4 具有全面的自我診斷和保護功能。

2 變頻器改造實施方案

高壓變頻控制器由隔離變壓器、變頻器及其控制柜、PLC數據采集系統、遠程操作站和現場控制箱組成。整套高壓變頻控制器就近安裝在高壓配電室和高壓電機之間的一個專用房間內。變頻器的主電源（6KV）由附近的高壓配電室直接提供，所需的控制電壓由其相對應的低壓配電室提供。變頻器本身擁有UPS不間斷電源，能夠在外部交流電源檢修或故障停電時提高20～30min的可靠供電。高壓變頻器主電路如圖所示：

高壓電動機有旁路運行和變頻運行兩種方式，兩種運行方式通過切換控制面板上的旋鈕，可以相互轉換。采用變頻技術后，由4～20mA的控制信號送至變頻器，對電動機進行變頻調速，隨控制信號大小的變化，變頻器輸出的電壓及頻率也發生變化，從而改變風機的電動機的轉速，達到改變風量的目的。

為方便搖測絕緣，在高壓變頻器進出線兩側分別設置了隔離開關。在搖測絕緣時，拉開兩側隔離隔離開關，同時也為高壓變頻器停電檢修提供了安全保障。為防止誤操作，在兩個隔離開關上安裝了電磁鎖，只有當高壓電源斷開時，方能進行隔離開關的操作。

3 采用變頻調速后，實際運行效果分析

3.1 節電效果顯著（見下表）。

3.2 起動電流小。采用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同，為125%～200%)，降低了對電網容量的要求，且保護功能完善、可靠性高、操作簡單。大大改善了鍋爐燃燒自動控制系統的工作狀況，使自動裝置可靠性大大提高。

3.3 可以非常平滑穩定的調整風量。

3.4 改善設備運行工況，提高設備完好率，降低了維修費用。采用變頻器對電動機實現了軟啟動，避免了起動電流對電動機繞組的沖擊，延長了設備使用壽命，減少了日常維修費用和勞動強度，其間接的經濟效益也十分可觀。

根據2008年#4爐全年運行天數206天來計算全年節約電量：

（40+40.6+45.9+45.7）×24小時×206天=851356.8Kwh

2008年#5爐全年運行天數260天來計算全年節約電量：

（64+74+57.6+61.36）×24小時×260天=1603430.4Kwh

合計#4、#5爐全年節電量

851356.8+1603430.4=245.47萬Kwh

由于#4、#5爐8臺風機采用變頻調速控制后，收到了很好的經濟效益，該廠在同年對#6給水泵、潛水泵相繼進行了技術改造，安裝了變頻器。

4 變頻器在使用中應注意的問題

變頻器是精密的電力電子設備，為了確保其安全可靠的運行，在使用中應注意以下事項。

4.1 振動與沖擊 變頻器在受到機械振動與沖擊時，會引發電氣接觸不良，因此變頻器安裝的場所應遠離振動源和沖擊源。

4.2 工作溫度 變頻器內部是大功率的電力半導體元件，極易受工作溫度的影響，為了保證其工作安全、可靠，使用時工作溫度應控制在400C以下。

4.3 工作環境 變頻器運行時，變壓器和功率單元要產生大約輸出功率4%的熱量，為了順利帶走變頻器產生的熱量，在變頻器柜單元柜柜頂上均安裝了離心式冷卻風機，變壓器還在底部安裝有6臺側吹式風機，以冷卻鐵芯和線圈。因此在安裝時必須給變頻器留出一定的空間，以保證操作維護的方便和冷卻風路的暢通。由于其控制配電室內是負壓，因此變頻器室的進風口應選擇在環境空氣較好的地方，同時應加強進風口的過濾作用，以保證變頻器室進風的清潔。在變頻器運行過程中還應經常根據環境溫度變化來調整風道進風量，以保證變頻器室內的溫度在允許的范圍內。

4.4 防止電磁波干擾 變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍會產生很多干擾電磁波。這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內的儀表和電子系統應該選用金屬外殼屏蔽，防止變頻器對儀表的干擾，元器件應可靠接地。

4.5 接地 變頻器正確接地是提高控制系統靈敏度、抑制噪聲的重要手段，變頻器接地端E(G)接地電阻越小越好（應小于4Ω），接地導線截面積應小于2.5mm2，長度應控制在20m以內。變頻器的接地必須與動力設備接地點分開，不能共地，且接地牢固。信號輸入線的屏蔽層應接至E(G)上。變頻器與控制柜之間的接地應連通，如果實際安裝有困難，可用銅芯導線跨接。

4.6 變頻器與電動機連線 變頻器與電動機的連線不可過長，一般應小于100m，否則電纜寄生電容過大，容易導致變頻器的功率開關器件開斷瞬間產生過大的尖峰電流，可能損壞功率逆變模塊。

在實際使用變頻器時，必須要注意的是負載的機械特性要與變頻器的工作特性很好的相互匹配，才能更好的發揮變頻器的應有作用。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文