淺談變頻器在電廠鍋爐風(fēng)機中的應(yīng)用

于子敬

中機國能電力工程有限公司

淺談變頻器在電廠鍋爐風(fēng)機中的應(yīng)用

于子敬

中機國能電力工程有限公司

本文在分析高壓變頻器特點及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，說明高壓變頻器在火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機中的實際應(yīng)用。通過實際應(yīng)用項目中對變頻調(diào)速裝置運行狀況跟蹤分析，驗證電廠鍋爐風(fēng)機使用變頻調(diào)速是切實可行的，既能實現(xiàn)寬范圍調(diào)速、風(fēng)量自動調(diào)節(jié)，又能實現(xiàn)節(jié)能減耗的目的。

火力發(fā)電；鍋爐風(fēng)機；變頻器；自動化控制

引言

鍋爐風(fēng)機是火力發(fā)電的重要組成部分，其合理的運行方式是最大限度利用燃煤的重要保障，筆者針對“變頻器在火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機中的應(yīng)用”一題展開分析，說明變頻器在鍋爐運行中的實際應(yīng)用。

1 變頻器結(jié)構(gòu)

變頻器可分為交一直一交變頻器和交一交變頻器兩大類。交一交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交一直一交變頻器則是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，它又稱為間接式變頻器。下面以交一直一交變頻器為例說明。變頻器主要由整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成，分述如下。

1.1 電網(wǎng)側(cè)的變流器為整流器，它的作用是將三相也可以是單相交流電轉(zhuǎn)換成直流電。

1.2 負載側(cè)的變流器為逆變器。最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律地控制逆變器中主開關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。

1.3 由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載，無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1，因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件電容器或電抗器來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。

1.4 控制電路通常由運算電路、檢測電路、控制信號輸入輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等，其控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制，一般預(yù)留通訊接口，與DCS通訊，實現(xiàn)變頻器的遠控。

1.5 變頻器可以在旁路和主回路兩種狀態(tài)運行，主回路運行時為變頻運行，根據(jù)工藝指令運行在合適的頻率及電壓下，當變頻器故障時，自動切換到旁路，運行在工頻狀態(tài)。

2 電廠鍋爐風(fēng)機變頻器實際應(yīng)用

遼寧撫順上大壓小2*300MW火電項目中，鍋爐系統(tǒng)一次風(fēng)機、二次風(fēng)機均采用了施耐德ATV1200系列變頻器，鍋爐風(fēng)機控制納入分散控制(Dcs)，通過DCS在主控室根據(jù)工藝要求進行調(diào)頻、調(diào)速控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速，從而控制鍋爐的燃燒量，達到節(jié)能的目的。

2.1 設(shè)備布置。由于變頻器功率單元發(fā)熱量大，為保證變頻器安全運行，必須確保變頻器控制室的通風(fēng)及降溫，變頻器裝置上需要加設(shè)散熱裝置與風(fēng)道，熱風(fēng)在風(fēng)道的引導(dǎo)下排出，風(fēng)量不能在風(fēng)道的影響下發(fā)生改變。在變壓器與功率單元裝置的頂部風(fēng)機上同樣需要加設(shè)風(fēng)道，而且需要單獨配置，堅決不能整合。風(fēng)道的排風(fēng)口側(cè)，應(yīng)略微向下傾斜，原因是為了防水。此外還需在相同的位置設(shè)置鐵絲網(wǎng)，目的是防鼠?？刂剖疫€需設(shè)置帶有濾網(wǎng)的風(fēng)口，室內(nèi)的門窗需進行密封處理，室內(nèi)的空氣循環(huán)與溫度保持方式為空調(diào)。

2.2 切換過程。自動變頻切換工頻過程：電動機變頻運行時，變頻器接收到“變頻切工頻”的信號后，斷KM1、KM2，然后合KM3，電動機工頻運行。

自動工頻切換變頻過程：電動機工頻運行時，變頻器接收到“工頻切變頻”的信號后，合KM1，再斷KM3，最后合KM2，電動機變頻運行。

檢修變頻器時斷隔離刀閘QS1、QS2。

QS1、QS2為刀閘隔離開關(guān)，QF1為進線側(cè)高壓斷路器，KM1-KM3為旁路真空斷路器。KM1與KM3不互鎖，KM2與KM3互鎖。

2.3 參數(shù)設(shè)置。變頻器可在就地控制器上設(shè)置各種參數(shù)及運行方式。

變頻器的運行和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置：

變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設(shè)置不當，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。

控制方式：即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。

最低運行頻率：即電機運行的最小轉(zhuǎn)速，電機在低轉(zhuǎn)速下運行時，其散熱性能很差，電機長時間運行在低轉(zhuǎn)速下，會導(dǎo)致電機燒毀。而且低速時，其電纜中的電流也會增大，也會導(dǎo)致電纜發(fā)熱。

最高運行頻率：一般的變頻器最大頻率到60Hz，高頻率將使電機高速運轉(zhuǎn)，這對普通電機來說，其軸承不能長時間的超額定轉(zhuǎn)速運行，電機的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。

載波頻率：載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大，這和電纜的長度，電機發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。

電機參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機銘牌中直接得到。

跳頻：在某個頻率點上，有可能會發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個裝置比較高時；在控制壓縮機時，要避免壓縮機的喘振點。

2.4 保護配置。變頻器本身具備以下保護：速斷保護、不平衡保護、接地保護、過負荷保護、過流保護、欠壓保護、堵轉(zhuǎn)保護、低電壓保護等；輸出輸入信號包括：頻率調(diào)節(jié)、電機繞組溫度模擬量輸入信號，電機電壓、電流、有功功率、轉(zhuǎn)速和頻率模擬量輸出信號，啟動、停止、急停、手動/自動轉(zhuǎn)換、復(fù)位、遠程變頻合閘、分閘等開關(guān)量輸入信號，開關(guān)就緒、停止、故障、運行等開關(guān)量輸出信號；變頻器留有一定過載能力。

3 實施效果

3.1 變頻調(diào)速能節(jié)約原來損耗在擋板閥門截流過程中的大量能量，大大提高了經(jīng)濟效益。

3.2 采用變頻調(diào)速后，可實現(xiàn)軟起動，對電網(wǎng)的沖擊和機械負載的沖擊都不存在了，同時延長了風(fēng)機的壽命。同時，采用變頻調(diào)速后，電機的無功功率通過變頻器直流環(huán)節(jié)的濾波電容進行了瞬時補償，變頻器的輸入功率因數(shù)可達到0.95以上。相對電機直接工頻運行而言，功率因數(shù)大大改善，對低速電機效果尤為明顯。實現(xiàn)變頻調(diào)速后，風(fēng)機經(jīng)常在額定轉(zhuǎn)速以下運行，介質(zhì)對風(fēng)機風(fēng)扇的磨損、軸承的磨損、密封的損壞都大大降低。同時，煙氣對煙道擋板的沖擊磨損大大降低，延長了煙道擋板的檢修周期，減少了維護工作量。電機運行的振動和噪聲也明顯降低。

3.3 采用變頻調(diào)速后，可以很方便地構(gòu)成閉環(huán)控制，進行自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA信號輸?shù)阶冾l器(或通過通信接口進行控制)，通過變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，可以平穩(wěn)地調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，且線形度較好，動態(tài)響應(yīng)快，使機組在更經(jīng)濟的狀態(tài)下安全穩(wěn)定運行，保守估計節(jié)能率為30%。

4.結(jié)束語

最后，針對本次應(yīng)用，總結(jié)如下需要注意的幾方面：

4.1 信號線與動力線必須分開走線：使用模擬量信號進行遠程控制變頻器時，為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾，控制變頻器的信號線與強電回路分開走線，模擬量控制信號線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線，對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾。

4.2 常見故障

4.2.1 過流故障：過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時間太短、負載發(fā)生突變、負荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時一般可通過延長加減速時間、減少負荷的突變、外加能耗制動元件、進行負荷分配設(shè)計、對線路進行檢查。如果斷開負載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器。

4.2.2 過載故障：過載故障包括變頻過載和電機過載。其可能是加速時間太短，電網(wǎng)電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網(wǎng)電壓等。負載過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械潤滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機和變頻器；如后者則要對生產(chǎn)機械進行檢修。

[1]林家偉.變頻器方式和液力偶合器方式在高壓電機系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用比較[J].工業(yè)設(shè)計，2015，02(10)：119-120.

[2]楊彥寧.高壓變頻調(diào)速技術(shù)在實踐中的節(jié)能研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015，10(36)：85-86.

[3]梁婷婷.關(guān)于火力發(fā)電廠變頻器實現(xiàn)節(jié)能降耗的思考[J].科技風(fēng)，2010，11(22)：215.