淺談變頻技術在火電廠中的運用

段麗

【摘要】隨著電力系統的發展，在火電廠變頻技術的應用上，需綜合考慮成本和效率問題，實現對電廠運行中各項因素的有效控制。火電廠使用變頻技術，可實現參數的精確控制，使工藝流程具有較高的可操控性，另外還可實現節能降耗，并在一定程度上延長設備使用壽命和提高可靠性，從而不斷提高機組的經濟性。近年來火電機組調峰任務越來越重，運行經濟性和安全性的問題日益突出，因此，研究變頻技術在火電廠中的運用十分必要。

【關鍵詞】變頻；火電廠；運用

1. 前言

目前，國外火電廠的耗電量指標明顯低于國內，在國外電廠中風機、水泵基本都已具有速度調節功能，而在我國除了少量的汽動給水泵、帶液力耦合器的電動給水泵具有一定速度調節功能，其他水泵、風機大多還是沿用傳統方法，用具有調節性能的閥門、擋板來調節出力。變頻技術是一項高效的調節速度技術，通過頻率的控制來實現轉速的控制，從而對電器輸出功率進行調節，可以節約電能，已廣泛應用于我國電力、冶金等眾多行業。

2. 變頻技術基本原理

2.1 變頻器原理

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率來控制交流電動機的電力控制設備。變頻技術是在電子技術發展基礎上形成的，其借助大型電子器件實現了整流，然后再通過逆變產生需求頻率、電壓的交流電，變頻器輸出與電動機頻率相同。變頻輸出表達公式為N=50F/P，其中N是變頻技術電機的轉速，F是變頻技術電源的頻率，P是磁極對數。

2.2 變頻器構成

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機實際需求提供其所需要的電源電壓，進而達到調速、節能目的，另外變頻器還有過流、過壓、過載等保護功能。

主電路是給電機提供調壓調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生的電壓脈動的平波回路、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成。

控制電路是給主電路提供控制信號的回路，它由頻率、電壓的"運算電路"，主電路"電壓、電流檢測電路"，電機"速度檢測電路"，將運算電路的控制信號進行放大的"驅動電路"，以及逆變器和電機的"保護電路"組成。

2.3 變頻器分類

按直流電源的功能和性質，可將變頻器分為電流源型和電壓源型；按輸出方式，可分為脈沖幅值和脈沖寬度調節方式型；按電壓等級，可分為高壓和低壓變頻器。

3. 變頻技術主要特點

3.1 變頻技術優缺點

3.1.1 變頻技術優點

直接優點：通過改變電機的電壓和頻率，使電機的速度可以無極調節，可實現負荷及出力的精準控制。

間接優點：（1）提高設備自動化控制水平；（2）節能降耗（機組低負荷運行時節能效果更好）；（3）一定程度上提高設備可靠性并延長使用年限。

3.1.2 變頻技術缺點

變頻器價格較昂貴，初期要消耗企業大量資金；對附近的儀表、儀器等有一定干擾，需采取抗干擾措施；內部結構復雜，故障率偏高；運行時產生較多熱量，需增加通風冷卻設備。

3.2 其他改變電機轉速的方法

其他還有降壓、滑差電機、改變磁極對數、改變轉差率、液力耦合器等改變轉速的方法，各有優缺點，應用于鼠籠式、繞線式電機和單相交流電機等不同類型的電機或場合。

4. 變頻技術在火電廠中的運用情況

4.1 變頻技術在火電廠的運用領域

高壓變頻一般用于給水泵、引風機、一次風機、凝結水泵等負荷變動時調節余量較大的大功率高壓電機。調節效率高，且節能效果顯著。

低壓變頻主要用于皮帶給煤機、葉輪給煤機、撈渣機、加藥泵等調節范圍大、對參數控制精準度要求較高的電機，以及真空泵、渣漿泵等負荷變動時調節余量較大的大功率電機。調節效率高，調節穩定性強且節能效果好。

4.2 變頻技術在火電廠的應用效果

4.2.1 提高設備自動化控制、調節水平

變頻技術使電機轉速可以無極調節，且變頻功能較完備，通過擴展可靈活地滿足客戶個性化要求；操作步驟也不復雜，大大提高了系統控制的效果，實現了對參數的精確控制，滿足了對控制精度要求較高的系統工藝流程需求，使工藝流程具有較高的可操控性。

4.2.2 節能降耗

（1）變頻器節能。風機、水泵等設備當負荷變化時，傳統的方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大且大量消耗在擋板、閥門截流過程中。根據流體力學，P（功率）=Q（流量）×H（壓力），流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速的平方成正比，功率P與轉速的立方成正比，使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低轉速即可滿足要求，從而降低電耗。

（2）功率因數補償節能。無功功率不但增加線損和設備發熱，更主要的是功率因數降低導致配電網有功功率降低，大量無功電能消耗在線路中，設備使用效率低下浪費嚴重，使用變頻后由于變頻器內部濾波電容的作用，減少了無功損耗，從而間接增加配電網有功功率。

5. 變頻技術在火電廠運用存在的問題及解決措施

5.1 震動和沖擊

在應用中會出現震動和沖擊問題，變頻器在受到強烈震動和沖擊時，會使電器接觸不良，導致設備不能正常運行，影響電廠運行生產。

解決措施：避免振動與沖擊。為防止引發電器接觸不良，變頻器安裝場所應遠離振動和沖擊源，并使用減振橡膠墊固定控制柜內電磁開關之類易產生振動的元器件。

5.2 干擾

會產生輻射干擾、傳導干擾，對附近的儀表、儀器、繼電保護和自動裝置有一定干擾，如果處理不好，會使整個系統及附近設備無法工作。

解決措施：對于輻射方式傳播的干擾信號，通過布線以及對放射源和對被干擾的線路進行屏蔽的方式來削弱；對于線路傳播的干擾信號，通過在變頻器輸入輸出側加裝濾波器，電抗器或磁環等方式處理。

5.3 故障率高

變頻器單體設備多，內部接線復雜，存在功率模塊故障率高（過壓、欠壓、過流）、控制模塊故障率高、和DCS系統通訊故障率高問題。

解決措施：（1）廠家加強生產工藝控制，穩定設備質量；（2）檢修人員嚴格按工藝要求做好定檢維護，確保設備狀態良好；（3）運行中嚴格控制變頻設備工作溫度。變頻器運行中易受溫度制約，變頻器工作溫度應穩定控制在40℃以下；（4）斷電時僅切斷動力電源，控制電源保持上電狀態，減少對控制模塊的沖擊。

5.4 受環境影響

運行中產生大量熱量，危及元器件安全、穩定運行。

解決措施：（1）在變頻器內部安裝離心式冷卻設備，冷卻設備須與變頻器之間留一定空間，確保熱氣暢通地從變頻器內排出；（2）在變頻室內設制冷出力匹配的空調，進風選擇在環境好的地段并過濾，確保進入變頻器內的風潔凈、溫度適宜；（3）做好變頻器本體、變頻室濾網及變頻室內空調的定期清洗及維護，確保冷卻效果正常。

6. 結束語

火電廠建設初期為降低造價，一般不大規模使用變頻技術；已投產的火電廠通過技改使用變頻技術，主要是考慮節能降耗，或實現參數的精確控制，使工藝流程具有更高的可操控性，并一定程度上延長設備使用壽命和提高可靠性。隨著國家對火電廠環保排放、節能降耗的標準、要求不斷提高，變頻技術將有更加廣闊的應用空間，因此對變頻技術在火電廠中的運用進行探究是很有必要的，值得大力推廣。

參考文獻：

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