起登春

摘要：随着电力系统的不断发展，在火电厂变频技术的设计、应用上，需综合考虑成本和效率问题，实现对电厂运行中各项因素的有效控制。火电厂使用变频技术，可实现节能降耗，减少设备耗电量，另外还可实现参数的精确控制，使工艺流程具有较高的可操控性，并在一定程度上延长设备使用寿命和提高可靠性，从而不断提高机组的经济性。因此，研究变频技术在火电厂运行中的运用十分必要。

关键词：变频技术；火电厂；运用

目前，国外电厂的耗电量指标明显要低于国内，在国外电厂中风机、水泵基本都已具有速度调节功能，而在我国除了少量的汽动给水泵、带液力耦合器的给水泵具有一定的速度调节功能，其他大型水泵、风机大多还是沿用传统方法，用具有调节性能的阀门、挡板来调节设备出力。变频技术是一项高效的调节速度技术，通过频率的有效控制来实现转速的控制，从而对电器输出功率进行调节，可以节约电能。变频技术已广泛应用于我国冶金、石油、化工和电力等众多行业，降低企业的用电量，实现了企业的良性发展。

一、变频技术的基本原理

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频技术是在电子技术发展的基础上形成的，其借助大型的电子器件实现了整流，然后再通过逆变产生需求频率、电压的交流电，变频器输出与电动机频率相同。变频输出表达公式为N=50F/P，其中N是变频技术电机的转速，F是变频技术电源的频率，P是磁极的对数。

（一）变频器的构成

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外变频器还有过流、过压、过载保护等很多保护功能。

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，它由将工频电源变换为直流功率的整流器、吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的平波回路、将直流功率变换为所要求频率交流功率的逆变器三部分构成。

控制电路是给异步电动机供电的主电路提供控制信号的回路，它由频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电机的“保护电路”组成。

（二）变频器的分类

根据直流电源的功能和性质，可将变频器分为电流源型的变频器和电压源型的变频器；根据输出方式，可将变频器分为脉冲幅值的调节方式和脉冲宽度的调节方式。根据电压等级，可将变频器分为高压变频器和低压变频器。

二、变频技术的主要特点

（一）变频技术的优缺点

1、变频技术的优点

直接优点：通过改变电机的电压和频率，使电机的速度可以无极调节。

间接优点：（1）节能。风机、泵类等设备传统调速方法是通过调节挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大且大量能源消耗在挡板、阀门截流过程中。使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求，降低电耗；另外还可实现软启动节能、功率因数补偿节能；（2）提高生产设备自动化程度。在满足客户通用需求的前提下，通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化要求、行业性要求、各种复杂高精度传动要求；（3）一定程度上提高设备可靠性并延长使用年限。变频技术具有反应速度快、中间步骤少和调节精度高的特点，对设备没有冲击可以确保设备的安全使用，尤其是可以减小设备启動电流，在软启动条件下减少对器件的冲击，一定程度上延长了设备的使用年限。

2、变频技术的缺点

变频器价格较昂贵，其占地面积比较大，在使用初期要消耗企业大量资金；运行时会产生较多热量，因此要增加放置变频器的建筑物，以及相应的通风冷却设备；变频器内部结构复杂，故障率偏高；在使用过程中会产生辐射干扰、传导干扰，对附近的仪表、仪器等设备有一定干扰，需要采取相应的抗干扰措施。

（二）改变电机转速的其他方法

1、降压

降压的方法应用于电机转速的改变过程中，其优点是操作比较简单，不用特别复杂的流程就能完成电机转速的改变，但是其反应速度不是很快，而且会消耗大量的电能，增加企业成本，这种方法可应用于如鼠笼式电机和单相交流电机中。

2、滑差电机

这种方法应用于改变电机的转速，可实现对电机转速的有效调节，调节效率高。但如果运用不当会给电机带来不良的影响，会破坏电机的性能，使电机产生故障，减少电机使用年限。这种方法可应用于绕线式电机和单相交流电机中。

3、其他

另外还有改变磁极对数、改变转差率、液力耦合器等几种方法。

三、变频技术在火电厂运行中的运用情况

（一）变频技术在火电厂的运用领域

高压变频技术一般用于控制给水泵、引风机、送风机、一次风机、凝结水泵、循环水泵等负荷变动时调节余量较大的大功率高压电机。调节效率高，且节能效果显著。

低压变频技术主要用于调节范围较大的皮带给煤机、叶轮给煤机、捞碎渣机、生活水泵、计量泵、加药泵等对参数控制精准度要求较高的电机，以及真空泵、渣浆泵等负荷变动时调节余量较大的大功率低压电机。调节效率高，调节稳定性强，且节能效果好。

（二）变频技术在火电厂的应用效果

1、提高设备自动化控制、调节水平

变频技术通过改变电机的电压和频率，使电机的速度可以无极调节，且变频技术功能比较完备，操作步骤也不复杂，大大提高了系统控制的效果，实现了对参数的精确控制，满足了对参数控制精度要求较高的系统工艺流程需求，使工艺流程具有较高的可操控性，从而不断提高机组的经济性。

2、节能

（1）变频器节能。主要表现在风机、水泵的应用上。为保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。作为电子电路，变频器本身也要耗电（约额定功率的3-5%）。变频器具有节电功能是事实，但前提条件是：大功率并且为风机/泵类负载、装置本身具有节电功能（软件支持）。如果不加前提条件的说变频器运行节能，就是夸大或是商业炒作。一定要注意使用场合和使用条件才好正确应用。

（2）功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数降低导致电网有功功率降低，大量无功电能消耗在线路中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频后，由于变频器内部滤波电容的作用，减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

（3）软启动节能。电机硬启动对电网造成严重冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时的大电流和震动对挡板和阀门损害极大，对设备、管路的使用寿命不利。而使用变频后，利用变频软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命，节省了设备维护费用。

从理论上讲，变频器可用在所有带有电机的机械设备，电机启动电流会比额定高5-6倍，不但会影响电机使用寿命而且消耗较多的电量；系统在设计时电机选型上会留有一定余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用中，有时要以较低或较高速度运行，因此进行变频改造是非常必要的。

四、变频技术在火电厂运行中运用存在的问题及解决措施

（一）震动和冲击问题及解决措施

变频技术在火电厂应用中会出现震动和冲击问题，变频器在受到强烈的震动和冲击时，会导致电器的接触不良，导致电器不能正常运行，影响电厂生产工作。

解决措施：避免振动与冲击。为防止引发电器接触不良，变频器安装场所应远离振动源和冲击源，并使用减振橡胶垫固定控制柜内电磁开关之类易产生振动的元器件。

（二）干扰问题及解决措施

变频器工作时会产生辐射干扰、传导干扰，对附近的仪表、仪器、继电保护和自动装置有一定干扰，如果处理不好，干扰会使整个系统及附近设备无法工作。

解决措施：对于通过辐射方式传播的干扰信号，主要通过布线以及对放射源和对被干扰的线路进行屏蔽的方式来削弱。对于通过线路传播的干扰信号，主要通过在变频器输入输出侧加装滤波器，电抗器或磁环等方式来处理。

（三）故障率高问题及解决措施

变频器单体设备多，内部接线复杂，存在变频器功率模块故障率高（过压、欠压、过流），控制模块故障率高、和DCS系统通讯故障率高问题。

解决措施：（1）设备厂家加强生产工艺控制，稳定提升设备质量；（2）电厂检修人员严格按工艺要求做好变频设备定期检修维护，确保设备处于良好状态；（3）运行中严格控制变频设备工作温度。变频器在运行中易受到温度制约，为确保变频器安全可靠运行，变频器工作温度宜低，应稳定控制在40℃以下；（4）断电时仅断动力电源，控制电源长期保持上电状态，减少对控制模块冲击。

（四）受环境影响问题及解决措施

变频器在运行过程中，会产生大量的热量，为降低变频器运行温度：

1、在变频器内部安装离心式制冷设备，降低变频器运行温度。制冷设备须与变频器之间留一定空间，确保热气可以畅通地从变频器内排出。由于变频器调节电室运用的是负压，所以变频器进风处应选择在通风环境较好的地段安装，并过滤进风，确保进入变频器内的风洁净，根据周围的温度和环境来控制进风频率，确保变频器内温度在合理范围。

2、在变频室内安装制冷出力匹配的空调，并对变频室进风过滤，确保冷却效果。（1）在变频器内部安装离心式风机基础上，变频室内设置数台制冷出力与变频器产生热量匹配的空调，对进风过滤，确保进入变频器内的风洁净、温度适宜；（2）注意空调电源的选择，严禁所有空调接于同一路电源，避免电源故障导致空调全部停运危及变频器运行；（3）做好变频器本体、变频室滤网及变频室内空调的定期清洗及维护，确保冷却效果正常。

五、结束语

火电厂建设初期为降低造价，一般不大规模使用变频技术；已投产的火电厂通过技改使用变频技术，主要是考虑节能降耗，减少设备耗电量，或实现参数的精确控制，使工艺流程具有更高的可操控性，并在一定程度上延长设备使用寿命和提高可靠性，从而不断提高机组的经济性。随着国家对火电厂环保排放、节能降耗工作越来越重视，标准、要求不断提高，变频技术在环保排放、节能降耗、系统工艺流程参数精确控制等领域将有着更加广阔的应用空间，因此，对变频技术在火电厂运行中的运用进行探究是很有必要的。

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