變頻改造對電廠輔機安全性的影響分析

邢裕

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，人們對電能的需求越來越大，在火力發電廠中，泵與風機主要的耗電設備，電耗約占發電機組用電的75%以上，大型輔機多采用定速泵，效率在設計工況點附近很高，機組需要在偏離設計點的低負荷運行，效率下降，廠用電率增加，所以輔機節能的潛力很大。變頻調速在較寬負荷范圍具有很高的調節效率，隨著高壓變頻技術逐漸成熟，大功率變頻器性價比逐漸提高，成為泵與風機節能的重要手段。本文對如何提高變頻器及相關回路的可靠性進行分析，使變頻器及相關回路在出現故障時對機組影響最小。

關鍵詞：火力發電廠；變頻改造；輔機安全性；分析

一、變頻技術的節能原理

在火電廠中高壓輔機設備的穩定性、可靠性影響發電機組的安全穩定運行，其中變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將電源的頻率由工頻變換為另一個頻率的電能控制裝置。應先將工頻交流電源轉換為直流電源，再將直流電源轉換為頻率、電壓可控的交流電源，變頻器的電路由整流、中間直流環節、逆變和控制組成。高壓電機變頻調速通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達到調節交流電動機轉速的目的。根據電機學原理，交流異步電動機轉速由下式確定：

由式（1）可知，電動機的輸出轉速與輸入的電源頻率、轉差率、電機的極對數有關。交流電動機的直接調速方式主要有：

（1）變極調速（調整p）；

（2）轉子串電阻調速或串級調速或內反饋電機（調整s）；

（3）變頻調速（調整f）。

其中高壓電機變頻調速的優點多，得到了廣泛的應用。根據流體力學的基本定律可知：泵（或風機）類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q、壓力（揚程）H以及軸功率P具有如下關系：

式中：Q1、H1、P1—風機（或水泵）在n1轉速時的流量、壓力（或揚程）、軸功率；Q2、H2、P2—風機（或水泵）在n2轉速時的相似工況條件下的流量、壓力（或揚程）、軸功率。由式（2）、式（3）、式（4）可知，風機（或水泵）的流量與其轉速成正比，壓力（或揚程）與其轉速的平方成正比，軸功率與其轉速的立方成正比。當風機轉速降低后，其軸功率隨轉速的三次方降低，驅動風機的電機所需的電功率亦可相應降低。當風機原用進口擋板節流調節時，如果原選型余量大，此時若改用降低轉速調節出力，是非常節能的。從上述分析可見，調速是風機、水泵節能的重要途徑。

二、輔機變頻改造的關鍵控制技術

1.變頻運行的控制原則與策略

輔機采用變頻以后，泵或風機的調門或擋板開足，過去調門或擋板是由變頻器控制的，也是輔機變頻改造后控制策略的基本原則。當送風機、吸風機、一次風機采用變頻以后，運行時靜葉應全開，由變頻器轉速調節送風量、爐膛負壓和一次風壓。雖然閥門全開會最節能，，但是在全開的時候無法滿足工藝需求，如凝泵變頻后，應保證凝結水母管壓力，會采用凝泵變頻器調節除氧器水位，凝泵出口調門調節凝結水母管壓力，使得系統不穩定。其實凝結水壓力不用控制某壓力點，只需要限制最小壓力不低于標準值。

變頻凝泵與凝泵出口調門控制中，變頻器轉速投自動后控制水位偏差，凝泵出口調門采用開環控制，在低負荷的時候對于的開度很小，反之很大，有效的保證母管壓力。

2.變頻故障時的變工頻自動切換

工頻、變頻切換功能有正常的切換功能和故障切換功能，正常工況下泵或風機有工頻切換到變頻、有變頻再切換到工頻。對于一些沒有備用的輔機，當出現變頻器故障時，將變頻自動切換到工頻，在進行機組風機變頻改造中，當出現變頻器故障時，沒有考慮變頻切換到工頻的功能，導致輔機跳閘。這種改造方法降低機組運行的可靠性，機組負荷與參數波動很大。

對于900MV機組一次風機變頻改造中，設計變頻故障時的變工頻自動切換，機組在運行的時候出現兩次變頻器故障，都切換到工頻，所以在變頻器故障切換工頻功能設計的時候，應充分考慮相互間的匹配動作，同時應注意以下幾點：

（1）變頻器故障后應切斷進、出口開關，過幾秒后合上工頻開關，應保證電機安全，還應滿足風壓變化不超限。

（2）變頻器故障后應切斷進、出口開關的同時，故障的一次風機靜葉應快速關到此負荷下對應的開度，達到正常開度后切換到靜葉的壓力控制，故障風機升工頻的時候，正常風機應同時升到工頻，靜葉關至工頻時此負荷下對應的開度，然后在切換到一次風機靜葉的壓力控制，防止兩側強風情況出現。

（3）應記錄原先工頻時不同負荷下調門或靜葉對應的開度十分重要，對于風機，盡管由于不同負荷下靜葉開度與煤種、環境溫度等關系很大，其動作趨勢是正確的，有利于后續的調節，跟蹤的開度指令信號考慮環境溫度等因素的效果會更好。

對于一些有備用的輔機，如果變頻器故障等因素引起運行輔機跳閘，會自動啟動備用泵，調門開度與輔機轉速間的匹配動作，防止輔機超出力跳閘或工藝參數越限。

3.RB工況時的控制策略

對于無備用輔機，當變頻器故障時切換工頻失敗，或泵、風機自身故障，機組會觸發RB，RB邏輯判斷條件，應躲避變頻切工頻的時間，如當風機出現變頻器故障的時候，先切換到工頻，如果切換失敗，再觸發風機RB。當鍋爐爐膛負壓、一次風壓，需要快速調節的回路。如發生吸風機RB 時，運行吸風機的頻率應升到50HZ，如果原先運行的吸風機靜葉不在全開位置，可以增加開度，而跳閘吸風機的靜葉應全關。

吸風機改變頻后，如發生送風機、給水泵等RB工況時，變頻器速率受限制將對爐膛負壓的控制帶來不利影響。所以發生送風機RB時，吸風機靜葉超馳關至某一開度，彌補變頻器轉速降低的情況。增減速率較慢是大型變頻器的普遍情況，對調節的影響應引起關注，考慮故障工況下參數大擾動的應對措施。

結語

隨著人們的節能意識越來越高，對電廠機組節能減排的要求越來越高，高壓大功率變頻技術的技術逐漸成熟，很多電站實施大型輔機的變頻節能改造。很多新建機組基建時將變頻輔機作為標準配置，輔機變頻后的配套控制方案對機組安全穩定運行十分重要。所以應根據變頻輔機的特點，采用合理的控制方案，提高輔機變頻改造后機組運行的可靠性。

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