淺談變頻器在電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

于子敬

中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司

淺談變頻器在電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

于子敬

中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司

本文在分析高壓變頻器特點(diǎn)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，說(shuō)明高壓變頻器在火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目中對(duì)變頻調(diào)速裝置運(yùn)行狀況跟蹤分析，驗(yàn)證電廠鍋爐風(fēng)機(jī)使用變頻調(diào)速是切實(shí)可行的，既能實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)速、風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗的目的。

火力發(fā)電；鍋爐風(fēng)機(jī)；變頻器；自動(dòng)化控制

引言

鍋爐風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電的重要組成部分，其合理的運(yùn)行方式是最大限度利用燃煤的重要保障，筆者針對(duì)“變頻器在火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用”一題展開(kāi)分析，說(shuō)明變頻器在鍋爐運(yùn)行中的實(shí)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(lèi)。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(chēng)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(guò)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(chēng)為間接式變頻器。下面以交一直一交變頻器為例說(shuō)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(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)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(kāi)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(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為1，因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件電容器或電抗器來(lái)緩沖。所以又常稱(chēng)中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。

1.4 控制電路通常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)輸入輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)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(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)控。

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

2 電廠鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器實(shí)際應(yīng)用

遼寧撫順上大壓小2*300MW火電項(xiàng)目中，鍋爐系統(tǒng)一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)均采用了施耐德ATV1200系列變頻器，鍋爐風(fēng)機(jī)控制納入分散控制(Dcs)，通過(guò)DCS在主控室根據(jù)工藝要求進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)速控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制鍋爐的燃燒量，達(dá)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(yùn)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(jī)上同樣需要加設(shè)風(fēng)道，而且需要單獨(dú)配置，堅(jiān)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。控制室還需設(shè)置帶有濾網(wǎng)的風(fēng)口，室內(nèi)的門(mén)窗需進(jìn)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(guò)程。自動(dòng)變頻切換工頻過(guò)程：電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器接收到“變頻切工頻”的信號(hào)后，斷KM1、KM2，然后合KM3，電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行。

自動(dòng)工頻切換變頻過(guò)程：電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，變頻器接收到“工頻切變頻”的信號(hào)后，合KM1，再斷KM3，最后合KM2，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。

檢修變頻器時(shí)斷隔離刀閘QS1、QS2。

QS1、QS2為刀閘隔離開(kāi)關(guān)，QF1為進(jìn)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(yùn)行方式。

變頻器的運(yùn)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(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，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(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。

最低運(yùn)行頻率：即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí)，其電纜中的電流也會(huì)增大，也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。

最高運(yùn)行頻率：一般的變頻器最大頻率到60Hz，高頻率將使電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)普通電機(jī)來(lái)說(shuō)，其軸承不能長(zhǎng)時(shí)間的超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)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(zhǎng)度，電機(jī)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(jī)參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。

跳頻：在某個(gè)頻率點(diǎn)上，有可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個(gè)裝置比較高時(shí)；在控制壓縮機(jī)時(shí)，要避免壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)。

2.4 保護(hù)配置。變頻器本身具備以下保護(hù)：速斷保護(hù)、不平衡保護(hù)、接地保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、低電壓保護(hù)等；輸出輸入信號(hào)包括：頻率調(diào)節(jié)、電機(jī)繞組溫度模擬量輸入信號(hào)，電機(jī)電壓、電流、有功功率、轉(zhuǎn)速和頻率模擬量輸出信號(hào)，啟動(dòng)、停止、急停、手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、復(fù)位、遠(yuǎn)程變頻合閘、分閘等開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)就緒、停止、故障、運(yùn)行等開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)；變頻器留有一定過(guò)載能力。

3 實(shí)施效果

3.1 變頻調(diào)速能節(jié)約原來(lái)?yè)p耗在擋板閥門(mén)截流過(guò)程中的大量能量，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 采用變頻調(diào)速后，可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊和機(jī)械負(fù)載的沖擊都不存在了，同時(shí)延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的壽命。同時(shí)，采用變頻調(diào)速后，電機(jī)的無(wú)功功率通過(guò)變頻器直流環(huán)節(jié)的濾波電容進(jìn)行了瞬時(shí)補(bǔ)償，變頻器的輸入功率因數(shù)可達(dá)到0.95以上。相對(duì)電機(jī)直接工頻運(yùn)行而言，功率因數(shù)大大改善，對(duì)低速電機(jī)效果尤為明顯。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)經(jīng)常在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行，介質(zhì)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)扇的磨損、軸承的磨損、密封的損壞都大大降低。同時(shí)，煙氣對(duì)煙道擋板的沖擊磨損大大降低，延長(zhǎng)了煙道擋板的檢修周期，減少了維護(hù)工作量。電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器輸出的4-20mA信號(hào)輸?shù)阶冾l器(或通過(guò)通信接口進(jìn)行控制)，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)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(dòng)態(tài)響應(yīng)快，使機(jī)組在更經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下安全穩(wěn)定運(yùn)行，保守估計(jì)節(jié)能率為30%。

4.結(jié)束語(yǔ)

最后，針對(duì)本次應(yīng)用，總結(jié)如下需要注意的幾方面：

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

4.2 常見(jiàn)故障

4.2.1 過(guò)流故障：過(guò)流故障可分為加速、減速、恒速過(guò)電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過(guò)延長(zhǎng)加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開(kāi)負(fù)載變頻器還是過(guò)流故障，說(shuō)明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器。

4.2.2 過(guò)載故障：過(guò)載故障包括變頻過(guò)載和電機(jī)過(guò)載。其可能是加速時(shí)間太短，電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過(guò)重等原因引起的。一般可通過(guò)延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等。負(fù)載過(guò)重，所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，也可能是由于機(jī)械潤(rùn)滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器；如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。

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

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