淺談變頻器在電廠鍋爐風機中的應用

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機中的應用

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用的基礎上，說明高壓變頻器在火力發電廠鍋爐風機中的實際應用。通過實際應用項目中對變頻調速裝置運行狀況跟蹤分析，驗證電廠鍋爐風機使用變頻調速是切實可行的，既能實現寬范圍調速、風量自動調節，又能實現節能減耗的目的。

火力發電；鍋爐風機；變頻器；自動化控制

引言

鍋爐風機是火力發電的重要組成部分，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“變頻器在火力發電廠鍋爐風機中的應用”一題展開分析，說明變頻器在鍋爐運行中的實際應用。

1 變頻器結構

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、中間直流環節、逆變器和控制電路組成，分述如下。

1.1 電網側的變流器為整流器，它的作用是將三相也可以是單相交流電轉換成直流電。

1.2 負載側的變流器為逆變器。最常見的結構形式是利用六個半導體主開關器件組成的三相橋式逆變電路，有規律地控制逆變器中主開關器件的通與斷，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電制動狀態，其功率因數總不會為1，因此，在中間直流環節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節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節為中間直流儲能環節。

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動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制、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字控制，一般預留通訊接口，與DCS通訊，實現變頻器的遠控。

1.5 變頻器可以在旁路和主回路兩種狀態運行，主回路運行時為變頻運行，根據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。

2 電廠鍋爐風機變頻器實際應用

遼寧撫順上大壓小2*300MW火電項目中，鍋爐系統一次風機、二次風機均采用了施耐德ATV1200系列變頻器，鍋爐風機控制納入分散控制(Dcs)，通過DCS在主控室根據工藝要求進行調頻、調速控制風機轉速，從而控制鍋爐的燃燒量，達到節能的目的。

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

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，QF1為進線側高壓斷路器，KM1-KM3為旁路真空斷路器。KM1與KM3不互鎖，KM2與KM3互鎖。

2.3 參數設置。變頻器可在就地控制器上設置各種參數及運行方式。

變頻器的運行和相關參數的設置：

變頻器的設定參數多，每個參數均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數設置不當，導致變頻器不能正常工作的現象。

控制方式：即速度控制、轉距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據控制精度，需要進行靜態或動態辨識。

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

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，這對普通電機來說，其軸承不能長時間的超額定轉速運行，電機的轉子是否能承受這樣的離心力。

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

電機參數：變頻器在參數中設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率，這些參數可以從電機銘牌中直接得到。

跳頻：在某個頻率點上，有可能會發生共振現象，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、堵轉保護、低電壓保護等；輸出輸入信號包括：頻率調節、電機繞組溫度模擬量輸入信號，電機電壓、電流、有功功率、轉速和頻率模擬量輸出信號，啟動、停止、急停、手動/自動轉換、復位、遠程變頻合閘、分閘等開關量輸入信號，開關就緒、停止、故障、運行等開關量輸出信號；變頻器留有一定過載能力。

3 實施效果

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

3.2 采用變頻調速后，可實現軟起動，對電網的沖擊和機械負載的沖擊都不存在了，同時延長了風機的壽命。同時，采用變頻調速后，電機的無功功率通過變頻器直流環節的濾波電容進行了瞬時補償，變頻器的輸入功率因數可達到0.95以上。相對電機直接工頻運行而言，功率因數大大改善，對低速電機效果尤為明顯。實現變頻調速后，風機經常在額定轉速以下運行，介質對風機風扇的磨損、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 采用變頻調速后，可以很方便地構成閉環控制，進行自動調節，調節器輸出的4-20mA信號輸到變頻器(或通過通信接口進行控制)，通過變頻器調節電機轉速，可以平穩地調節風量、流量，且線形度較好，動態響應快，使機組在更經濟的狀態下安全穩定運行，保守估計節能率為30%。

4.結束語

最后，針對本次應用，總結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，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節能改造中的應用比較[J].工業設計，2015，02(10)：119-120.

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

[3]梁婷婷.關于火力發電廠變頻器實現節能降耗的思考[J].科技風，2010，11(22)：215.