變頻調(diào)速控制技術(shù)在電廠熱工控制中的運(yùn)用探析

金曉東

摘要：變頻調(diào)控技術(shù)是電廠熱工控制的核心技術(shù)，在電力系統(tǒng)中的發(fā)展起著決定性的作用。變頻調(diào)控與傳統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)相比，具有經(jīng)濟(jì)、高效和節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用廣泛。文章結(jié)合其優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題對(duì)其在熱工電廠控制中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電廠；變頻調(diào)速控制技術(shù)；熱工控制；電力系統(tǒng)；電力機(jī)組 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

給水泵、凝結(jié)泵、送風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備共同組成了電廠熱工控制系統(tǒng)，確保了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定。但與此同時(shí)，這些設(shè)備也成為主要耗費(fèi)對(duì)象。當(dāng)發(fā)電量增加時(shí)，電廠增加了發(fā)電機(jī)組的容量，輔機(jī)的能耗也隨之增大，不可調(diào)節(jié)和反應(yīng)慢等特點(diǎn)就體現(xiàn)出來(lái)。高壓變頻調(diào)速的主要作用就是通過(guò)對(duì)熱工系統(tǒng)中設(shè)備的調(diào)整來(lái)降低其能耗，提高其反應(yīng)速度，并且減少能源流失，因此其應(yīng)用在電廠熱工控制中成為一種必然。尤其是在當(dāng)今能源消耗大且環(huán)境破壞嚴(yán)重的社會(huì)，通過(guò)這一技術(shù)，使得送風(fēng)機(jī)、給水泵等結(jié)構(gòu)得到改善，確保了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

1 變頻器的特征及發(fā)展

1.1 變頻器的特征

變頻器是變速調(diào)控技術(shù)的核心，變頻器具有如下特點(diǎn)：利用變頻技術(shù)將電源轉(zhuǎn)化為不同頻率的交流電源，可對(duì)發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)的給水泵、送風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。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(gòu)成，該變頻器采取拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得其技術(shù)穩(wěn)定；硬度大、成本支出低。同時(shí)可以滿足一般傳動(dòng)在平滑調(diào)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(yīng)用較為廣泛。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展

變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，與電工、電子、信息技術(shù)之間有著密切的關(guān)系。隨著數(shù)控技術(shù)、電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)也隨之而進(jìn)步。實(shí)踐證明了變頻調(diào)速的積極性，采用交流電，提高了性能，并且耗能少，滿足現(xiàn)代社會(huì)的經(jīng)濟(jì)化要求，已經(jīng)獲得企業(yè)和社會(huì)的普遍認(rèn)可。其應(yīng)用和推廣具有可行性，也說(shuō)明未來(lái)電氣流動(dòng)發(fā)展將處于主流地位。同時(shí)電力企業(yè)增強(qiáng)了對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的重視，并建立了完善的使用體系，使變頻調(diào)速技術(shù)成為企業(yè)的專有項(xiàng)目之一，有效地提高了控制性能及產(chǎn)品質(zhì)量。20世紀(jì)20年代，是電子變頻技術(shù)在我國(guó)首次出現(xiàn)的年代，60年代逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嵱眯浴ｋ娏﹄娖鞯陌l(fā)展是電子變頻技術(shù)的促進(jìn)因素，而石油危機(jī)則是其制約因素。隨后的石油危機(jī)造成了經(jīng)濟(jì)下滑，環(huán)境破壞嚴(yán)重等問(wèn)題，在這一背景下，電力企業(yè)的變頻調(diào)速技術(shù)更重視節(jié)能性和高效性，并對(duì)高效率變頻進(jìn)行分析，以促進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展及其在電廠熱工控制中的作用。

2 變頻調(diào)速控制技術(shù)的先進(jìn)性

與以往的調(diào)控技術(shù)相比，變頻調(diào)控技術(shù)具有先進(jìn)性，如經(jīng)濟(jì)性高、調(diào)節(jié)效率高、滿足節(jié)能需求等。

2.1 經(jīng)濟(jì)性較高

變頻調(diào)速技術(shù)適合于負(fù)荷過(guò)大的機(jī)組，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，能夠節(jié)約大量的電能。當(dāng)然也要注意負(fù)荷變化的情況，如果較小，那么節(jié)電效果并不理想，這是由于變頻調(diào)速也是一個(gè)復(fù)雜的耗電過(guò)程，如果機(jī)組的負(fù)荷不大，那么反而會(huì)造成電能浪費(fèi)而不是節(jié)約，因此在變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用前要判斷其使用范圍。

2.2 調(diào)速特征良好

變頻調(diào)速的精度得到提高，且運(yùn)行安全系數(shù)更高。同時(shí)，變頻調(diào)速采用大轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的調(diào)速行為，目前變頻調(diào)速是電力企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的節(jié)能行為。其范圍可現(xiàn)實(shí)0%～100%連續(xù)可調(diào)、頻率輸出為0～120Hz、頻率精度為±0.5%、加/減速時(shí)間為0.1～3200s，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的現(xiàn)狀而設(shè)定。當(dāng)然，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，要適當(dāng)控制轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍，通常在70%～100%之間為最佳。一旦低于50%，將對(duì)機(jī)組設(shè)備的調(diào)節(jié)效果造成影響，帶來(lái)資源浪費(fèi)。

2.3 節(jié)能效果好

變頻調(diào)速可節(jié)省大量的電能。其省電過(guò)程可通過(guò)三點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)：其一，軟啟動(dòng)。一般情況下，交流電動(dòng)機(jī)以電動(dòng)機(jī)額定電流的7倍啟動(dòng)，而變頻調(diào)速采用軟啟動(dòng)，其啟動(dòng)電流遠(yuǎn)低于交流電動(dòng)機(jī)的額定電流；其二，節(jié)約設(shè)計(jì)冗余。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，由于要考慮意外情況，以此要設(shè)計(jì)預(yù)留冗余，但多數(shù)狀況下冗余剩余較多，造成資源浪費(fèi)，而變頻調(diào)速則可以節(jié)約該冗余；其三，能夠調(diào)速節(jié)電。由于其功率因數(shù)較高，大多處于0.95以上，節(jié)約無(wú)功，進(jìn)而降低變壓器負(fù)擔(dān)。

3 變頻設(shè)施的整體需求及其在電動(dòng)執(zhí)行中的問(wèn)題

3.1 變頻設(shè)施容量的選擇

由于變頻調(diào)速設(shè)施回路可靠性較低，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，其可操控性就成為主要考察的問(wèn)題。與此同時(shí)，變頻容量的選擇要在規(guī)定的范圍之下進(jìn)行，即使在惡劣的環(huán)境中，變頻設(shè)施也很少受到環(huán)境的影響，并且要針對(duì)其影響因素對(duì)周邊范圍內(nèi)容污染物去除。變頻設(shè)施的容量選擇要綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)利益的最大化。

3.2 變頻設(shè)施安裝后對(duì)機(jī)電保護(hù)方案及整定的影響

電動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中，同樣需要關(guān)注一些問(wèn)題：其一，要確保工頻回路的正常運(yùn)行。尤其是在變頻回路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，回路內(nèi)要安裝緩沖設(shè)置，啟動(dòng)電流會(huì)降至額定電流，這一過(guò)程會(huì)降低沖擊，延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間；其二，強(qiáng)化變頻器抗干擾能力?？赏ㄟ^(guò)金屬管的使用來(lái)斷開(kāi)變頻器與外界之間的聯(lián)系，并且變頻設(shè)施要具有一定的自我保護(hù)能力，對(duì)短路的設(shè)施及時(shí)進(jìn)行變頻設(shè)施的軟切斷，既提高了功能，又使繼電器保護(hù)功能得以簡(jiǎn)化。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在我國(guó)電廠中應(yīng)用廣泛，電動(dòng)執(zhí)行使用普通的220V AC工作電源，電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)。在以往的電動(dòng)執(zhí)行中，為了提高精度，常使用質(zhì)量大的變速箱，但也導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低。達(dá)到額定電流的時(shí)間縮短，同時(shí)為了防止慣性對(duì)轉(zhuǎn)子急停的影響，要安裝機(jī)械剎車裝置。

在電廠的給水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及其他輔機(jī)的控制系統(tǒng)中，多為DDZ系列的電動(dòng)執(zhí)行器。近年來(lái)，隨著發(fā)電廠的改組，原本開(kāi)環(huán)控制已經(jīng)不能適應(yīng)執(zhí)行需求，閉環(huán)執(zhí)行電腦方式開(kāi)始使用。并且DDZ型電動(dòng)執(zhí)行器在改組過(guò)程中的缺陷逐漸呈現(xiàn)出來(lái)，這就使得變頻吸引無(wú)法正常工作。為此，電廠多選擇半開(kāi)、半關(guān)的方式來(lái)控制繼電器的正反轉(zhuǎn)，但受到繼電器的不可調(diào)輸出脈沖的影響，容易出現(xiàn)過(guò)調(diào)而導(dǎo)致控制系統(tǒng)振蕩。在長(zhǎng)期的控制中，還容易造成制動(dòng)器剎車盤磨損嚴(yán)重，從而影響工作效率?？傊?，電動(dòng)執(zhí)行器在對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程中，容易出現(xiàn)故障，維修過(guò)程需要大量的資金，執(zhí)行器的生產(chǎn)在我國(guó)技術(shù)不完善，而進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格又過(guò)高，這樣影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的獲得，并且不符合當(dāng)下社會(huì)環(huán)保意識(shí)。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在電廠熱工控制中的應(yīng)用

4.1 電動(dòng)執(zhí)行器中的變頻調(diào)節(jié)技術(shù)

關(guān)于電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行中的問(wèn)題，上文筆者已經(jīng)進(jìn)行了分析。作為大功率電機(jī)，應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能。利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的控制脈沖寬度可調(diào)性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)DDZ系列的電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)施改造，可有效提高電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行質(zhì)量。將變頻裝置安裝于系統(tǒng)回路中，將調(diào)節(jié)器或者由分散控制系統(tǒng)輸出的無(wú)源控制沖加在變頻器上，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。變頻器還能夠通過(guò)既定程序來(lái)設(shè)置上下限頻率和加減速時(shí)間，改變了電動(dòng)執(zhí)行器的啟動(dòng)方式，改變后的啟動(dòng)方式節(jié)省電能，且有效地避免了過(guò)調(diào)。與傳統(tǒng)的機(jī)械制定器相比，執(zhí)行人員和維修人員的任務(wù)量減少，這樣可以保證工作人員的精力，從而提高設(shè)備的穩(wěn)定性。

4.2 變頻調(diào)速控制技術(shù)應(yīng)用于汽包鍋爐給水控制

汽包鍋爐給水控制是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的給水量與蒸發(fā)量之間的平衡。其中主要表現(xiàn)為以下方面：保持汽包內(nèi)足夠的水量，并且維持其穩(wěn)定。利用變頻調(diào)速控制技術(shù)而形成的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制系統(tǒng)的供水量。變頻調(diào)節(jié)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制回路以單級(jí)三沖量的方式，靠汽包水位、給水流量、蒸汽流量接收信號(hào)，將汽包內(nèi)水位設(shè)定為其調(diào)節(jié)對(duì)象，其中用于調(diào)節(jié)器給水流量和蒸汽流量，其中前者為反饋信號(hào)，后者為前饋信號(hào)。通過(guò)變頻調(diào)速控制技術(shù)來(lái)建立前饋、反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)使用三臺(tái)調(diào)水設(shè)施，全部調(diào)水設(shè)施控制一個(gè)調(diào)節(jié)回路，在控制調(diào)水過(guò)程中以加權(quán)的方式形成綜合測(cè)量信號(hào)，并將其發(fā)送至其他調(diào)水設(shè)施中。設(shè)定給水信號(hào)，當(dāng)給水信號(hào)與綜合評(píng)定信號(hào)之間對(duì)比出現(xiàn)誤差后，可利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的輸出模擬信號(hào)來(lái)解決。

5 結(jié)語(yǔ)

電廠在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著支柱性的作用，新時(shí)期電廠運(yùn)營(yíng)和管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效化、低能耗的特點(diǎn)。在電廠設(shè)備運(yùn)行中，熱工控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是其安全和節(jié)能的主要項(xiàng)目。變頻技術(shù)目前在我國(guó)已經(jīng)得到快速發(fā)展，這一技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，成本低且耗能少，并且隨著工程實(shí)踐的發(fā)展，這一技術(shù)獲得了進(jìn)一步的改善，多在使用后兩年內(nèi)即可收回成本。對(duì)于電廠這類大型設(shè)備眾多、耗能大的企業(yè)來(lái)說(shuō)，變頻控制取得了突破性的成就。當(dāng)然在電廠運(yùn)行過(guò)程中，工程情況有所區(qū)別，需要結(jié)合工程施工現(xiàn)狀合理選擇變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能升級(jí)，提升輔機(jī)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)的效率和安全性，發(fā)揮變頻調(diào)速技術(shù)的積極

作用。

參考文獻(xiàn)

[1]卞清.專用變頻調(diào)速器研究與設(shè)計(jì)[D].廣西工學(xué)院，

2010.

[2]李愛(ài)娟，郭喜燕，楊志平.電廠表面式給水加熱器瞬

態(tài)特性模擬與分析[J].現(xiàn)代電力，2011，（3）.

[3]史恩才，葉輝.變頻器節(jié)能技術(shù)在風(fēng)機(jī)和水泵上的應(yīng)

用[J].機(jī)電信息，2010，（17）.

[4]崔利，康靜秋，張學(xué)宏.火電廠熱工技術(shù)監(jiān)督中發(fā)現(xiàn)

的問(wèn)題及其解決措施[J].熱力發(fā)電，2010，（1）.

（責(zé)任編輯：蔣建華）