變頻調速控制技術在電廠熱工控制中的運用探析

金曉東

摘要：變頻調控技術是電廠熱工控制的核心技術，在電力系統(tǒng)中的發(fā)展起著決定性的作用。變頻調控與傳統(tǒng)的調控技術相比，具有經濟、高效和節(jié)能等優(yōu)勢，因此應用廣泛。文章結合其優(yōu)勢和存在的問題對其在熱工電廠控制中的應用進行了分析。

關鍵詞：電廠；變頻調速控制技術；熱工控制；電力系統(tǒng)；電力機組 文獻標識碼：A

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

給水泵、凝結泵、送風機、循環(huán)水泵、引風機等設備共同組成了電廠熱工控制系統(tǒng)，確保了機組的運行穩(wěn)定。但與此同時，這些設備也成為主要耗費對象。當發(fā)電量增加時，電廠增加了發(fā)電機組的容量，輔機的能耗也隨之增大，不可調節(jié)和反應慢等特點就體現出來。高壓變頻調速的主要作用就是通過對熱工系統(tǒng)中設備的調整來降低其能耗，提高其反應速度，并且減少能源流失，因此其應用在電廠熱工控制中成為一種必然。尤其是在當今能源消耗大且環(huán)境破壞嚴重的社會，通過這一技術，使得送風機、給水泵等結構得到改善，確保了系統(tǒng)運行的穩(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

變頻器是變速調控技術的核心，變頻器具有如下特點：利用變頻技術將電源轉化為不同頻率的交流電源，可對發(fā)電廠熱工控制系統(tǒng)的給水泵、送風機等系統(tǒng)進行調節(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成，該變頻器采取拓撲結構使得其技術穩(wěn)定；硬度大、成本支出低。同時可以滿足一般傳動在平滑調速方面的需求，由于低壓變頻與高壓變頻相比，采用的力矩較低，應用較為廣泛。

1.2 變頻調速技術的發(fā)展

變頻調速技術是一項綜合技術，與電工、電子、信息技術之間有著密切的關系。隨著數控技術、電子信息技術的快速發(fā)展，變頻調速技術也隨之而進步。實踐證明了變頻調速的積極性，采用交流電，提高了性能，并且耗能少，滿足現代社會的經濟化要求，已經獲得企業(yè)和社會的普遍認可。其應用和推廣具有可行性，也說明未來電氣流動發(fā)展將處于主流地位。同時電力企業(yè)增強了對這項技術的重視，并建立了完善的使用體系，使變頻調速技術成為企業(yè)的專有項目之一，有效地提高了控制性能及產品質量。20世紀20年代，是電子變頻技術在我國首次出現的年代，60年代逐漸轉向實用性。電力電器的發(fā)展是電子變頻技術的促進因素，而石油危機則是其制約因素。隨后的石油危機造成了經濟下滑，環(huán)境破壞嚴重等問題，在這一背景下，電力企業(yè)的變頻調速技術更重視節(jié)能性和高效性，并對高效率變頻進行分析，以促進這項技術的發(fā)展及其在電廠熱工控制中的作用。

2 變頻調速控制技術的先進性

與以往的調控技術相比，變頻調控技術具有先進性，如經濟性高、調節(jié)效率高、滿足節(jié)能需求等。

2.1 經濟性較高

變頻調速技術適合于負荷過大的機組，具有較高的經濟性，能夠節(jié)約大量的電能。當然也要注意負荷變化的情況，如果較小，那么節(jié)電效果并不理想，這是由于變頻調速也是一個復雜的耗電過程，如果機組的負荷不大，那么反而會造成電能浪費而不是節(jié)約，因此在變頻調速技術應用前要判斷其使用范圍。

2.2 調速特征良好

變頻調速的精度得到提高，且運行安全系數更高。同時，變頻調速采用大轉矩來實現強有力的調速行為，目前變頻調速是電力企業(yè)應用最為廣泛的節(jié)能行為。其范圍可現實0%～100%連續(xù)可調、頻率輸出為0～120Hz、頻率精度為±0.5%、加/減速時間為0.1～3200s，要根據電動機負載的現狀而設定。當然，在調節(jié)過程中，要適當控制轉速的調節(jié)范圍，通常在70%～100%之間為最佳。一旦低于50%，將對機組設備的調節(jié)效果造成影響，帶來資源浪費。

2.3 節(jié)能效果好

變頻調速可節(jié)省大量的電能。其省電過程可通過三點來實現：其一，軟啟動。一般情況下，交流電動機以電動機額定電流的7倍啟動，而變頻調速采用軟啟動，其啟動電流遠低于交流電動機的額定電流；其二，節(jié)約設計冗余。在傳統(tǒng)的設計中，由于要考慮意外情況，以此要設計預留冗余，但多數狀況下冗余剩余較多，造成資源浪費，而變頻調速則可以節(jié)約該冗余；其三，能夠調速節(jié)電。由于其功率因數較高，大多處于0.95以上，節(jié)約無功，進而降低變壓器負擔。

3 變頻設施的整體需求及其在電動執(zhí)行中的問題

3.1 變頻設施容量的選擇

由于變頻調速設施回路可靠性較低，因此在設計時，其可操控性就成為主要考察的問題。與此同時，變頻容量的選擇要在規(guī)定的范圍之下進行，即使在惡劣的環(huán)境中，變頻設施也很少受到環(huán)境的影響，并且要針對其影響因素對周邊范圍內容污染物去除。變頻設施的容量選擇要綜合評價，實現利益的最大化。

3.2 變頻設施安裝后對機電保護方案及整定的影響

電動執(zhí)行過程中，同樣需要關注一些問題：其一，要確保工頻回路的正常運行。尤其是在變頻回路出現問題時，回路內要安裝緩沖設置，啟動電流會降至額定電流，這一過程會降低沖擊，延長啟動時間；其二，強化變頻器抗干擾能力。可通過金屬管的使用來斷開變頻器與外界之間的聯(lián)系，并且變頻設施要具有一定的自我保護能力，對短路的設施及時進行變頻設施的軟切斷，既提高了功能，又使繼電器保護功能得以簡化。電動執(zhí)行機構在我國電廠中應用廣泛，電動執(zhí)行使用普通的220V AC工作電源，電機快速運轉。在以往的電動執(zhí)行中，為了提高精度，常使用質量大的變速箱，但也導致電機轉速的降低。達到額定電流的時間縮短，同時為了防止慣性對轉子急停的影響，要安裝機械剎車裝置。

在電廠的給水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及其他輔機的控制系統(tǒng)中，多為DDZ系列的電動執(zhí)行器。近年來，隨著發(fā)電廠的改組，原本開環(huán)控制已經不能適應執(zhí)行需求，閉環(huán)執(zhí)行電腦方式開始使用。并且DDZ型電動執(zhí)行器在改組過程中的缺陷逐漸呈現出來，這就使得變頻吸引無法正常工作。為此，電廠多選擇半開、半關的方式來控制繼電器的正反轉，但受到繼電器的不可調輸出脈沖的影響，容易出現過調而導致控制系統(tǒng)振蕩。在長期的控制中，還容易造成制動器剎車盤磨損嚴重，從而影響工作效率。總之，電動執(zhí)行器在對系統(tǒng)控制過程中，容易出現故障，維修過程需要大量的資金，執(zhí)行器的生產在我國技術不完善，而進口設備的價格又過高，這樣影響企業(yè)經濟效益的獲得，并且不符合當下社會環(huán)保意識。

4 變頻調速技術在電廠熱工控制中的應用

4.1 電動執(zhí)行器中的變頻調節(jié)技術

關于電動執(zhí)行器運行中的問題，上文筆者已經進行了分析。作為大功率電機，應用變頻調節(jié)可有效實現節(jié)能。利用變頻調節(jié)技術的控制脈沖寬度可調性，可實現對DDZ系列的電動執(zhí)行器實施改造，可有效提高電動執(zhí)行器的運行質量。將變頻裝置安裝于系統(tǒng)回路中，將調節(jié)器或者由分散控制系統(tǒng)輸出的無源控制沖加在變頻器上，從而實現電機的正、反轉。變頻器還能夠通過既定程序來設置上下限頻率和加減速時間，改變了電動執(zhí)行器的啟動方式，改變后的啟動方式節(jié)省電能，且有效地避免了過調。與傳統(tǒng)的機械制定器相比，執(zhí)行人員和維修人員的任務量減少，這樣可以保證工作人員的精力，從而提高設備的穩(wěn)定性。

4.2 變頻調速控制技術應用于汽包鍋爐給水控制

汽包鍋爐給水控制是實現系統(tǒng)的給水量與蒸發(fā)量之間的平衡。其中主要表現為以下方面：保持汽包內足夠的水量，并且維持其穩(wěn)定。利用變頻調速控制技術而形成的自動控制系統(tǒng)來控制系統(tǒng)的供水量。變頻調節(jié)給水系統(tǒng)的自動控制回路以單級三沖量的方式，靠汽包水位、給水流量、蒸汽流量接收信號，將汽包內水位設定為其調節(jié)對象，其中用于調節(jié)器給水流量和蒸汽流量，其中前者為反饋信號，后者為前饋信號。通過變頻調速控制技術來建立前饋、反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)使用三臺調水設施，全部調水設施控制一個調節(jié)回路，在控制調水過程中以加權的方式形成綜合測量信號，并將其發(fā)送至其他調水設施中。設定給水信號，當給水信號與綜合評定信號之間對比出現誤差后，可利用變頻調節(jié)技術的輸出模擬信號來解決。

5 結語

電廠在我國經濟發(fā)展中起著支柱性的作用，新時期電廠運營和管理應實現高效化、低能耗的特點。在電廠設備運行中，熱工控制系統(tǒng)的調節(jié)是其安全和節(jié)能的主要項目。變頻技術目前在我國已經得到快速發(fā)展，這一技術與傳統(tǒng)技術相比，成本低且耗能少，并且隨著工程實踐的發(fā)展，這一技術獲得了進一步的改善，多在使用后兩年內即可收回成本。對于電廠這類大型設備眾多、耗能大的企業(yè)來說，變頻控制取得了突破性的成就。當然在電廠運行過程中，工程情況有所區(qū)別，需要結合工程施工現狀合理選擇變頻器來實現節(jié)能升級，提升輔機設施運轉的效率和安全性，發(fā)揮變頻調速技術的積極

作用。

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（責任編輯：蔣建華）