淺談變頻調速技術在火力發電廠中的應用

陳 元

（清水川發電有限公司，陜西 府谷 719400）

變頻調速技術是在目前電力傳動技術的主要發展方向之一，它具有體積小、質量輕、準確度高、通用性強的優點，并且變頻調速技術的功能豐富，可靠性很高，因此可以廣泛應用在各個行業領域。火電系統中的各個輔機需要消耗較大的耗功量，因此火電機組的節能改造尤為重要。在火力發電廠中，變頻調速作為電機調速的最佳方式，是火力發電廠技術改造和產品更新換代的理想設備。特別是在近幾年高壓大功率新型元器件的開發使得變頻調速技術在火力發電廠中的應用更加廣泛。

1 變頻器的工作特點

變頻調速器也是變壓變頻裝置，主要應用于異步機或同步機轉速的調節。在壓力確定的情況下，電動機與電源頻率成正比，因此只要改變電源頻率就可以改變轉速，這樣就可以達到變頻調速的目的。通過變頻調速器可以將50Hz的交流電源交換成電壓、頻率可調的三相交流電源[1]。

一個交流電動機變頻調速系統主要由變頻調速器、交流電動機和控制器三部分組成，其中最為重要的變頻調速器，其主要應用于電動機電壓和頻率的平滑變化。變頻調速與傳統的調壓調速、變極調速、串級調速等調速方式不同，變頻調速的調頻范圍更廣泛，靜態精度更高，系統效率也更高，這對于變頻器的保護性更好，更易于實現自動控制和過程控制，因此變頻器將會更廣泛的應用于調速中。

2 變頻調速技術在火力發電廠中的應用

2.1 燃油系統

火力發電廠的燃油系統主要用于鍋爐的啟動點火和助燃油。它主要由供油泵、油加熱器、濾油器、計量裝置和油水分離器等部分組成。在最初的火力發電廠燃油系統本是輸送重油的，但是隨著近幾年石油深加工行業的迅速發展，重油資源變得非常緊張，因此將火力發電廠燃油系統輸送的重油改為了柴油。由于油種發生了改變，燃油系統在正常運行時需要處于超壓狀態，這對于火力發電廠的安全生產是極為不利的。在燃油系統的爐前油母管周圍設置了很多高溫的蒸汽管路，如果高壓油管路出現噴泄的情況，那么就會造成不可挽回的損失，在火力發電廠已經有因油管路漏泄致使鍋爐燒損的重大事故發生過。因此，火力發電廠的燃油系統需要對其調壓方式進行改善，變頻調速技術便是燃油系統調壓方式的新技術，通過變頻調速技術，燃油系統的調壓方式可以得到有效改善。

將變頻調速技術應用于火力發電廠的燃油系統中，按一定周期將爐前母管油壓與設定油壓值進行比較，如果發現爐前母管油壓低于設定油壓，那么供電泵電動機的轉速就會相應增加，一旦供油泵電動機轉速增加，爐前母管油壓就會升高。如果爐前母管油壓高于設定油壓，那么供油泵電動機轉速就會降低，當轉速降低時，爐前母管壓力也相應降低，這樣轉速與壓力的同時改變便可以實現燃油系統的自動恒壓運行[2]。通常情況下，燃油系統的正常穩燃循環壓力是1.2MPa，點火啟動正常供油壓力是在3.5MPa。燃油系統在供油結束后就會立即自動調整至穩燃狀態，這對于爐前供油母管超壓運行情況的避免有積極作用，與此同時，將變頻技術應用在火電廠的燃油系統中也可以使油溫降低，最大限度地減少大罐中油的流動，使得罐中的雜質可以快速沉淀下來，節約能源。

2.2 燃料制備系統

當前我國多數的火力發電廠都是以煤作為燃料，機組在啟動和穩燃期間是利用油燃料：輕油和重油作為燃料通過卸煤輸煤的裝置進行輸煤，由磨煤機、給煤機、給粉機、排粉機和供油泵等設備共同組成了燃料的制備系統。

通常情況下，在火力發電廠的燃料制備系統中的磨煤機只采用鋼球磨煤機，通過臺數調節法控制粉倉位，由此產生了磨煤機的啟動沖出的問題，將變頻調速技術應用到燃料制備系統中可以有效改善這一問題。

在中間儲倉式制粉系統中，給粉機主要用來輸送煤粉，將煤粉輸送到爐膛中，這里給粉量的改變通常是以給煤機的轉速改變實現的。給煤機轉速通常采用滑差電機進行調速，但是在實際的操作中，滑差電機卻很難控制，利用變頻調速技術可以很好地解決給粉機的轉速調節問題[1]。

給煤機是燃料制備系統的關鍵，是給磨煤機提高煤量的設備。一般的，給煤機的給煤量都是隨工況的變化而變化，這樣磨煤機才可以相應的發生變化，但由于目前的技術存在不足，給煤機的調速存在不穩定、給煤量不均勻的我那天，這樣磨煤機的磨煤量就需要不斷變化，在一定程度上加大了磨煤機入口的負壓，造成跑粉與堵粉問題嚴重，給機組的安全埋下了隱患。在給煤機中應用變頻調速技術可以有效改善跑粉與堵粉問題，變頻調速可協調控制的子系統，從而實現制粉的自動化，使燃料制備系統安全運行，節約能源。

2.3 水泵

在火立發電廠中主要運用兩種水泵：循環水泵與凝結水泵。

循環水泵主要用于為火電機組凝汽器系統提供冷卻水，采用的是動葉可調的軸流泵，這種泵只能定速運行，無法適應季節與負荷的變化，造成了循環水的浪費流失。應用變頻調速技術可以改變循環水泵的速度，節約水資源，有效降低能耗。

凝結水泵是火立發電中吸入側為真空狀態的中低壓泵，泵的出力是確定的額定流量，當前大部分凝結水泵是依靠電動調節門實現定速運行的，這樣一來節流量就會相應增大，凝結泵出口壓力變高，造成了水泵大量漏水。凝結水泵的用水量與耗電量都增大許多，造成水泵經常不能正常運行，在很大程度上造成了資源的浪費[3]。將變頻調速技術應用到凝結水泵的運行中可以有效改善水泵定速運行的缺陷，達到節流控制的目的，將經濟效益最大化。

3 變頻調速技術的未來發展方向

3.1 縮小裝置的尺寸

隨著變頻調速技術應用的更加廣泛，對于變流器的要求也將越來越高，縮小裝置的尺寸，使變流器更加的緊湊，對于功率要求和控制元件也可以具有更高的集成度。變頻器可以采用新型電工材料制造的小體積變壓器，如緊湊型的光耦合器、高頻率的開關電源等，從而改變固有的功率器件冷卻方式，將功率模塊智能化，使得變頻調速更加的高效。

3.2 開發清潔電能的變流器

清潔電能變流器是未來變頻調速技術在火電發電廠中應用的方向之一，清潔變流器指的是變流器的功率因數為1，最大程度上降低網側和負載側的諧波分量，這樣可以有效減小對電網的損害和電動機的轉矩脈動，變頻器可以改變電路結構和控制方式，達到清潔電能轉換的目的[3]。除此之外，對于中小容量的變流器，也可以提高開關頻率的PWM控制，這樣可以使得變流器更加的高效。

4 結語

將變頻調速技術應用到火力發電廠，可以對傳統的調節方式進行改善，達到一種理想的調速控制狀態。同時變頻器也可以提供設定、控制、保護、故障顯示、記錄等多種功能，這樣可以有效避免在火力發電運行過程中出現的各種問題，減少設備維修的費用，降低停產周期，提高火力發電的設備效率。隨著我國電網的不斷擴大，變頻調速技術必將在火力發電廠中應用的更為廣泛，成為電力行業發展的必然趨勢。

［1］徐甫榮.發電廠輔機電動機節能改造技術方案分析[J].電氣傳動自動化,2004,26(6)：11-16.

［2］宗瑋.變頻調速技術在電廠鍋爐運行中的應用[J].中國石油大學勝利學院學報，2008,22(2)：21-22.

［3］程芳林,錢鋒.變頻調速技術在火力發電廠風機節能改造中的應用[J].發電設備,2002(3)：35-36.