變頻調速控制技術在電廠熱工控制中的運用探析

金曉東

摘要：變頻調控技術是電廠熱工控制的核心技術，在電力系統中的發展起著決定性的作用。變頻調控與傳統的調控技術相比，具有經濟、高效和節能等優勢，因此應用廣泛。文章結合其優勢和存在的問題對其在熱工電廠控制中的應用進行了分析。

關鍵詞：電廠；變頻調速控制技術；熱工控制；電力系統；電力機組 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）19-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.025

給水泵、凝結泵、送風機、循環水泵、引風機等設備共同組成了電廠熱工控制系統，確保了機組的運行穩定。但與此同時，這些設備也成為主要耗費對象。當發電量增加時，電廠增加了發電機組的容量，輔機的能耗也隨之增大，不可調節和反應慢等特點就體現出來。高壓變頻調速的主要作用就是通過對熱工系統中設備的調整來降低其能耗，提高其反應速度，并且減少能源流失，因此其應用在電廠熱工控制中成為一種必然。尤其是在當今能源消耗大且環境破壞嚴重的社會，通過這一技術，使得送風機、給水泵等結構得到改善，確保了系統運行的穩定性與安全性。

1 變頻器的特征及發展

1.1 變頻器的特征

變頻器是變速調控技術的核心，變頻器具有如下特點：利用變頻技術將電源轉化為不同頻率的交流電源，可對發電廠熱工控制系統的給水泵、送風機等系統進行調節。變頻器分為高壓變頻器和低壓變頻器。其中低壓變頻輸出電壓為380～650V、工作頻率為0～400Hz，輸出功率為0.75～400kW。其主電路由整流和逆變構成，該變頻器采取拓撲結構使得其技術穩定；硬度大、成本支出低。同時可以滿足一般傳動在平滑調速方面的需求，由于低壓變頻與高壓變頻相比，采用的力矩較低，應用較為廣泛。

1.2 變頻調速技術的發展

變頻調速技術是一項綜合技術，與電工、電子、信息技術之間有著密切的關系。隨著數控技術、電子信息技術的快速發展，變頻調速技術也隨之而進步。實踐證明了變頻調速的積極性，采用交流電，提高了性能，并且耗能少，滿足現代社會的經濟化要求，已經獲得企業和社會的普遍認可。其應用和推廣具有可行性，也說明未來電氣流動發展將處于主流地位。同時電力企業增強了對這項技術的重視，并建立了完善的使用體系，使變頻調速技術成為企業的專有項目之一，有效地提高了控制性能及產品質量。20世紀20年代，是電子變頻技術在我國首次出現的年代，60年代逐漸轉向實用性。電力電器的發展是電子變頻技術的促進因素，而石油危機則是其制約因素。隨后的石油危機造成了經濟下滑，環境破壞嚴重等問題，在這一背景下，電力企業的變頻調速技術更重視節能性和高效性，并對高效率變頻進行分析，以促進這項技術的發展及其在電廠熱工控制中的作用。

2 變頻調速控制技術的先進性

與以往的調控技術相比，變頻調控技術具有先進性，如經濟性高、調節效率高、滿足節能需求等。

2.1 經濟性較高

變頻調速技術適合于負荷過大的機組，具有較高的經濟性，能夠節約大量的電能。當然也要注意負荷變化的情況，如果較小，那么節電效果并不理想，這是由于變頻調速也是一個復雜的耗電過程，如果機組的負荷不大，那么反而會造成電能浪費而不是節約，因此在變頻調速技術應用前要判斷其使用范圍。

2.2 調速特征良好

變頻調速的精度得到提高，且運行安全系數更高。同時，變頻調速采用大轉矩來實現強有力的調速行為，目前變頻調速是電力企業應用最為廣泛的節能行為。其范圍可現實0%～100%連續可調、頻率輸出為0～120Hz、頻率精度為±0.5%、加/減速時間為0.1～3200s，要根據電動機負載的現狀而設定。當然，在調節過程中，要適當控制轉速的調節范圍，通常在70%～100%之間為最佳。一旦低于50%，將對機組設備的調節效果造成影響，帶來資源浪費。

2.3 節能效果好

變頻調速可節省大量的電能。其省電過程可通過三點來實現：其一，軟啟動。一般情況下，交流電動機以電動機額定電流的7倍啟動，而變頻調速采用軟啟動，其啟動電流遠低于交流電動機的額定電流；其二，節約設計冗余。在傳統的設計中，由于要考慮意外情況，以此要設計預留冗余，但多數狀況下冗余剩余較多，造成資源浪費，而變頻調速則可以節約該冗余；其三，能夠調速節電。由于其功率因數較高，大多處于0.95以上，節約無功，進而降低變壓器負擔。

3 變頻設施的整體需求及其在電動執行中的問題

3.1 變頻設施容量的選擇

由于變頻調速設施回路可靠性較低，因此在設計時，其可操控性就成為主要考察的問題。與此同時，變頻容量的選擇要在規定的范圍之下進行，即使在惡劣的環境中，變頻設施也很少受到環境的影響，并且要針對其影響因素對周邊范圍內容污染物去除。變頻設施的容量選擇要綜合評價，實現利益的最大化。

3.2 變頻設施安裝后對機電保護方案及整定的影響

電動執行過程中，同樣需要關注一些問題：其一，要確保工頻回路的正常運行。尤其是在變頻回路出現問題時，回路內要安裝緩沖設置，啟動電流會降至額定電流，這一過程會降低沖擊，延長啟動時間；其二，強化變頻器抗干擾能力?？赏ㄟ^金屬管的使用來斷開變頻器與外界之間的聯系，并且變頻設施要具有一定的自我保護能力，對短路的設施及時進行變頻設施的軟切斷，既提高了功能，又使繼電器保護功能得以簡化。電動執行機構在我國電廠中應用廣泛，電動執行使用普通的220V AC工作電源，電機快速運轉。在以往的電動執行中，為了提高精度，常使用質量大的變速箱，但也導致電機轉速的降低。達到額定電流的時間縮短，同時為了防止慣性對轉子急停的影響，要安裝機械剎車裝置。

在電廠的給水系統、燃燒系統及其他輔機的控制系統中，多為DDZ系列的電動執行器。近年來，隨著發電廠的改組，原本開環控制已經不能適應執行需求，閉環執行電腦方式開始使用。并且DDZ型電動執行器在改組過程中的缺陷逐漸呈現出來，這就使得變頻吸引無法正常工作。為此，電廠多選擇半開、半關的方式來控制繼電器的正反轉，但受到繼電器的不可調輸出脈沖的影響，容易出現過調而導致控制系統振蕩。在長期的控制中，還容易造成制動器剎車盤磨損嚴重，從而影響工作效率。總之，電動執行器在對系統控制過程中，容易出現故障，維修過程需要大量的資金，執行器的生產在我國技術不完善，而進口設備的價格又過高，這樣影響企業經濟效益的獲得，并且不符合當下社會環保意識。

4 變頻調速技術在電廠熱工控制中的應用

4.1 電動執行器中的變頻調節技術

關于電動執行器運行中的問題，上文筆者已經進行了分析。作為大功率電機，應用變頻調節可有效實現節能。利用變頻調節技術的控制脈沖寬度可調性，可實現對DDZ系列的電動執行器實施改造，可有效提高電動執行器的運行質量。將變頻裝置安裝于系統回路中，將調節器或者由分散控制系統輸出的無源控制沖加在變頻器上，從而實現電機的正、反轉。變頻器還能夠通過既定程序來設置上下限頻率和加減速時間，改變了電動執行器的啟動方式，改變后的啟動方式節省電能，且有效地避免了過調。與傳統的機械制定器相比，執行人員和維修人員的任務量減少，這樣可以保證工作人員的精力，從而提高設備的穩定性。

4.2 變頻調速控制技術應用于汽包鍋爐給水控制

汽包鍋爐給水控制是實現系統的給水量與蒸發量之間的平衡。其中主要表現為以下方面：保持汽包內足夠的水量，并且維持其穩定。利用變頻調速控制技術而形成的自動控制系統來控制系統的供水量。變頻調節給水系統的自動控制回路以單級三沖量的方式，靠汽包水位、給水流量、蒸汽流量接收信號，將汽包內水位設定為其調節對象，其中用于調節器給水流量和蒸汽流量，其中前者為反饋信號，后者為前饋信號。通過變頻調速控制技術來建立前饋、反饋系統。系統使用三臺調水設施，全部調水設施控制一個調節回路，在控制調水過程中以加權的方式形成綜合測量信號，并將其發送至其他調水設施中。設定給水信號，當給水信號與綜合評定信號之間對比出現誤差后，可利用變頻調節技術的輸出模擬信號來解決。

5 結語

電廠在我國經濟發展中起著支柱性的作用，新時期電廠運營和管理應實現高效化、低能耗的特點。在電廠設備運行中，熱工控制系統的調節是其安全和節能的主要項目。變頻技術目前在我國已經得到快速發展，這一技術與傳統技術相比，成本低且耗能少，并且隨著工程實踐的發展，這一技術獲得了進一步的改善，多在使用后兩年內即可收回成本。對于電廠這類大型設備眾多、耗能大的企業來說，變頻控制取得了突破性的成就。當然在電廠運行過程中，工程情況有所區別，需要結合工程施工現狀合理選擇變頻器來實現節能升級，提升輔機設施運轉的效率和安全性，發揮變頻調速技術的積極

作用。

參考文獻

[1]卞清.專用變頻調速器研究與設計[D].廣西工學院，

2010.

[2]李愛娟，郭喜燕，楊志平.電廠表面式給水加熱器瞬

態特性模擬與分析[J].現代電力，2011，（3）.

[3]史恩才，葉輝.變頻器節能技術在風機和水泵上的應

用[J].機電信息，2010，（17）.

[4]崔利，康靜秋，張學宏.火電廠熱工技術監督中發現

的問題及其解決措施[J].熱力發電，2010，（1）.

（責任編輯：蔣建華）