低壓變頻器在熱電廠中的運(yùn)用分析

摘 要：變頻器技術(shù)是在現(xiàn)代化電力電子技術(shù)高速發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是一種新興的調(diào)速控頻技術(shù)。變頻器可以對頻率、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行有效性調(diào)節(jié)和控制，并調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。低壓變頻器在熱電廠的有效應(yīng)用，可以把工頻電流轉(zhuǎn)化為直流，繼而形成電壓、頻率可控的交流電，方便用電設(shè)備進(jìn)行使用，促進(jìn)了熱電廠整體生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗，并發(fā)揮了良好的保護(hù)與啟制動功能。對低壓變頻器在熱電廠的應(yīng)用要點進(jìn)行分析，旨在進(jìn)一步提升熱電廠的運(yùn)行質(zhì)量，減少能源消耗，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的綜合性提升。

關(guān)鍵詞：低壓變頻器;熱電廠;應(yīng)用

中圖分類號：TM921.51;TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）07-0059-03

0 引言

變頻器主要是通過電力半導(dǎo)體器件的通斷功能，把工頻電源轉(zhuǎn)化為另一頻率的電能控制裝置。這是一種新興的變頻調(diào)速技術(shù)，在應(yīng)用中可以起到良好的軟啟動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)度、改變功率等作用，同時還具有較強(qiáng)的過載、過流、過壓保護(hù)功能。低壓變頻器技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定，而且節(jié)能效果良好，在熱電廠中得到了良好的使用，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造新方向，促進(jìn)熱電廠經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益的綜合性增長。在熱電廠生產(chǎn)中，結(jié)合實際要求對低壓變頻器進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用，明確變頻器的工作原理，分析其工藝特點，并結(jié)合實際生產(chǎn)要求選擇合適的型號類型，確保其功能作用的最大化發(fā)揮。其中低壓變頻器在熱電廠的應(yīng)用路徑包含很多方面，如鍋爐、汽車給水泵、凝結(jié)水泵、熱網(wǎng)補(bǔ)水、鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)等，既可以提高整體設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行效率，強(qiáng)化生產(chǎn)能力，也可以減少熱電廠運(yùn)行發(fā)展中的能源消耗，真正做到節(jié)能降耗，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，減少環(huán)境污染壓力，推動熱電廠綜合效益的全面提升。

1 變頻器概述工作原理

1.1 工作原理

變頻器可以通過電力半導(dǎo)體器件來對工頻電源進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，并將其運(yùn)行狀態(tài)改變?yōu)榱硪活l率的電能控制裝置，從而實現(xiàn)對異步電動機(jī)的軟啟動、過流保護(hù)、變頻調(diào)速、改變功率因數(shù)等目標(biāo)。低壓變頻器在運(yùn)行過程中，往往是利用交-直-交的途徑，在整流器的作用下，把工頻交流電源轉(zhuǎn)化為直流電源，之后將其轉(zhuǎn)化交流電源，在這一過程中其頻率、電壓都可以得到有效性控制與調(diào)節(jié)，從而方便異步電動機(jī)進(jìn)行使用[1]。變頻器主要由整流器、逆變電路、濾波電路等部分構(gòu)成。

當(dāng)前階段，整流器主要是使用二極管變流器，能夠把工頻電源直接轉(zhuǎn)化為直流電源，也能夠通過相關(guān)操作構(gòu)成可逆變流器，實現(xiàn)高功率方向可逆，可再生運(yùn)轉(zhuǎn);逆變器可以把直流功率轉(zhuǎn)化為交流頻率，在特定階段獲得三相輸出。隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，逆變器的運(yùn)行已由原來PAM控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)镻WM波形輸出方式，這種控制模式主要是通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來對電壓輸出波形進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)速方式為SP-WM調(diào)速方式。在運(yùn)行中的直流環(huán)節(jié)主要包含濾波、直流儲能、緩沖無功功率等。控制電路主要功能為異步電動機(jī)主電路提供信號控制的回路，其中包含很多內(nèi)容，如電壓與頻率的運(yùn)算電路、主電路電流電壓檢測回路、電機(jī)速度檢測回路等。低壓變頻器是一種高效運(yùn)轉(zhuǎn)而且節(jié)能效果良好的電機(jī)調(diào)速裝置，可以對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈活性調(diào)控，而且其制動性能良好，適用性強(qiáng)，在熱電廠生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，成為電氣傳動發(fā)展的重要趨勢。

1.2 特點分析

變頻調(diào)速是一種新興的調(diào)速技術(shù)，而且因為其良好的應(yīng)用性能，在未來具有較大的發(fā)展前景。在實際應(yīng)用中，變頻器主要是在三相異步電動機(jī)上發(fā)揮調(diào)速作用[2]，而且其應(yīng)用優(yōu)勢較為明顯，可以發(fā)揮較好的節(jié)能效果，其節(jié)能效果可以達(dá)到50%;低壓變頻器的調(diào)速范圍較廣，制動性和啟動效果很好，能夠確保軟啟動、自動平滑加速、快速制動功能的高效化實現(xiàn);而且低壓變頻器還可以在計算機(jī)系統(tǒng)的協(xié)助下對自身、電機(jī)、電路等實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控和實時監(jiān)測，尤其是在線路出現(xiàn)過壓、過欠、過載、過流等現(xiàn)象時發(fā)揮良好的保護(hù)功能，自動發(fā)出故障報警，并自動停止運(yùn)行，同時還可以對具體故障問題進(jìn)行精準(zhǔn)判斷與顯示。

在實際應(yīng)用中，低壓變頻器的輸入功率因數(shù)較高，產(chǎn)生的電流諧波較少，不需要安裝諧波抑制設(shè)備;輸出PWM波形，不需要安裝輸出濾波裝置，可以與普通的電機(jī)進(jìn)行連接，而且對電纜、電機(jī)絕緣不會產(chǎn)生損害，可以降低對軸承、葉片機(jī)械的震動作用。

1.3 選型標(biāo)準(zhǔn)

①負(fù)載類型。包含恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、風(fēng)機(jī)水泵等類型。②電壓。在對變頻器的額定電壓進(jìn)行選擇時，需要確保其與負(fù)載額定電壓的契合性。③電流。在對變頻器電流進(jìn)行選擇時，需要結(jié)合其電流值、功率為依據(jù)，保障電流的匹配性，尤其是針對那些高速泵電機(jī)、多級低轉(zhuǎn)速電機(jī)，要嚴(yán)格選擇。④轉(zhuǎn)矩。在變頻器驅(qū)動離心機(jī)負(fù)載時，需要較大的轉(zhuǎn)矩，耗時較長，需要選擇啟動過載能力強(qiáng)、具有低頻轉(zhuǎn)矩補(bǔ)充功能的變頻器設(shè)備[3]。⑤安裝距離。對變頻器與用電負(fù)荷之間的安裝距離進(jìn)行合理調(diào)控，如果太遠(yuǎn)容易出現(xiàn)電纜對地耦合電容現(xiàn)象，并降低變頻器輸出能力，因此可以在其輸出端設(shè)置輸出電抗器。⑥電壓等級。變頻器的電壓等級受到功率器件電壓水平、電流能力的影響，多數(shù)普通的變頻器主要是利用串聯(lián)方式發(fā)揮作用，這種形式容易出現(xiàn)線路安裝復(fù)雜、費用高、穩(wěn)定性不足等現(xiàn)象，市場發(fā)展空間較小，所以可以在低壓變頻器輸出端設(shè)置輸入變壓器，以便對電平進(jìn)行隔離，改善輸入電流波形，并減少輸出諧波。由此可見，需要對變頻器以及電動機(jī)的電壓等級進(jìn)行合理選擇。⑦機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特點。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載中，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩不受到轉(zhuǎn)速的影響，而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩始終恒定，負(fù)載速度增加，其負(fù)載功率也相應(yīng)的呈現(xiàn)線性升高狀態(tài)。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類型主要包含，傳送帶、攪拌機(jī)等摩擦負(fù)載，以及起重機(jī)、電梯等重力負(fù)載。為了能夠?qū)戕D(zhuǎn)矩負(fù)載進(jìn)行有效驅(qū)動，需要變頻器輸出較大轉(zhuǎn)矩和過載力，同時對異步電動機(jī)的散熱性能進(jìn)行綜合考量，防止出現(xiàn)電動機(jī)過熱問題。⑧接線。包含電機(jī)、制動電阻器、控制信號發(fā)送等電纜，需要選用兩端屏蔽層接地的屏蔽電纜，并對動力線以及信號線進(jìn)行分別設(shè)置;通過模擬量信號對變頻器開展遠(yuǎn)程操控，降低相關(guān)設(shè)備的干擾，同時確保模擬量信號要與主回路、控制回路分別布線。

2 低壓變頻器在熱電廠中的應(yīng)用分析

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，日常生活生產(chǎn)中的用電量加大，對熱電廠的生產(chǎn)能力提出了更高的要求。基于此，熱電廠需要對低壓變頻器進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用，既可以提高整體生產(chǎn)效率，也可以減少生產(chǎn)運(yùn)行中的能源消耗，有效控制運(yùn)營成本，滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于用電需求的同時，也提高熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益。所以，需要對低壓變頻器在熱電廠中的應(yīng)用路徑進(jìn)行綜合性分析，明確其應(yīng)用要點，如在鍋爐專業(yè)、汽車給水泵、凝結(jié)水泵、熱網(wǎng)補(bǔ)水、鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)等中的應(yīng)用要點，保障其高效發(fā)揮功能作用，在提高熱電廠整體運(yùn)行效益方面做出重要貢獻(xiàn)。在熱電廠的生產(chǎn)過程中，低壓變頻器主要在風(fēng)機(jī)、水泵、輸送皮帶類設(shè)備中進(jìn)行使用，并發(fā)揮其調(diào)速控制功能，同時實現(xiàn)對異步電動機(jī)的自動控制和軟啟動。

2.1 鍋爐專業(yè)的應(yīng)用

當(dāng)其下達(dá)調(diào)度指令后，首先根據(jù)調(diào)度指令對運(yùn)行中的鍋爐負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，然后通過DCS向給煤機(jī)變頻器輸出相關(guān)指令，輔以風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)輸出相關(guān)指令，確保其按照指令要求對轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，只有這樣才能確保負(fù)荷指令的切實執(zhí)行。 在鍋爐專業(yè)運(yùn)行中使用低壓變頻器，可以發(fā)揮其保護(hù)功能，對電子負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)等問題進(jìn)行及時保護(hù)，避免出現(xiàn)設(shè)備燒毀問題。同時還可以對設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)控制信號的異常情況，在發(fā)出故障警報的同時，停止運(yùn)行。在出現(xiàn)電壓異常、短路、高溫情況下，也可以進(jìn)行自動保護(hù)[4]。

2.2 汽機(jī)給水泵以及凝結(jié)水泵中的應(yīng)用

在汽機(jī)給水泵中使用低壓變頻器進(jìn)行控制，可以結(jié)合負(fù)荷的變化，對給水量進(jìn)行有效控制，負(fù)荷要求大時，可以提高給水量，負(fù)荷小時，減少給水量。在此情況下結(jié)合給水量的不同，利用低壓變頻器對頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了滿出力運(yùn)行的情況，減少電能消耗，提高熱電廠運(yùn)行效率。[5]在具體運(yùn)行中，如果給水泵出現(xiàn)故障問題，需要備用泵自動替代進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)中。在這里低壓變頻器發(fā)揮其瞬停再啟動、飛車啟動等功能，可以有效降低運(yùn)行成本。

2.3 熱網(wǎng)補(bǔ)水中的應(yīng)用

在熱電廠運(yùn)行過程中，需要在供熱進(jìn)程中對熱網(wǎng)開展持續(xù)性補(bǔ)水作業(yè)，以便防止熱網(wǎng)水資源消耗過大影響其安全運(yùn)行。在以往的人工調(diào)控中，往往需要結(jié)合熱網(wǎng)回水水壓情況，對軟化水泵進(jìn)行頻繁的停運(yùn)、啟動操作，這樣不僅降低生產(chǎn)效率，頻繁的啟停沖擊更容易引起安全事故。利用低壓變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，可以結(jié)合生產(chǎn)需要對熱網(wǎng)回水壓力進(jìn)行設(shè)置，以此來對回水的實際壓力進(jìn)行有效性調(diào)節(jié)，保障熱網(wǎng)的及時補(bǔ)水，提升整體系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。在特定情況下，可以利用一臺變頻器拖動兩臺電力設(shè)備的作用，充分發(fā)揮其調(diào)速控制功能。在使用變頻器對電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)時，需要在出口位置設(shè)置雙頭閘刀，從而保障運(yùn)行安全性。

2.4 鍋爐風(fēng)機(jī)電機(jī)的調(diào)節(jié)控制

在鍋爐的運(yùn)行過程中，由于燃料構(gòu)成、熱負(fù)荷、電負(fù)荷等往往會出現(xiàn)很大的差異性，因此在鍋爐燃燒中所需的空氣量也不盡相同，前后變化較大。基于此，在對鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計時，通常是以鍋爐最大出風(fēng)量為指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，由此可見風(fēng)機(jī)風(fēng)電的配置功率較大，如果不對其進(jìn)行合理控制，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時，會出現(xiàn)嚴(yán)重的能量浪費，甚至出現(xiàn)風(fēng)道共振，引起嚴(yán)重的安全問題。利用低壓變頻器對風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制，可以利用其軟啟動功能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，并實現(xiàn)良好的變頻節(jié)能效果。在鍋爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等運(yùn)行中，需要保持其連續(xù)性，而且需要結(jié)合負(fù)荷的變化對頻率進(jìn)行隨時調(diào)整，在此環(huán)節(jié)中可以充分發(fā)揮低壓變頻器的瞬停再啟動功能，鍋爐高負(fù)荷時，通過一拖一的方式對變頻與工頻進(jìn)行自動互切，保障風(fēng)機(jī)的安全可靠性運(yùn)行。

3 低壓變頻器應(yīng)用中的技術(shù)改造要點

在熱電廠生產(chǎn)過程中，有效使用低壓變頻器并通過節(jié)能技術(shù)改造，可以增加其經(jīng)濟(jì)效益，降低能源消耗，促進(jìn)生態(tài)效益和社會效益的提升，推動熱電企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的創(chuàng)新與優(yōu)化。

在技術(shù)改造時，需要結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備類型、功能的不同，選擇合適的變頻器，確保其特性與生產(chǎn)需求相適應(yīng)。在對鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行改造時，需要保障其提速、降速特性與燃燒工藝特點相契合;此外，在技術(shù)改造中要強(qiáng)化安全管理和控制，減少變頻器安全故障的發(fā)生，保障鍋爐供氣的安全性和可靠性，盡量安裝工頻-變頻手動切換旁路系統(tǒng)，避免使用自動旁路;在對變頻器進(jìn)行改造完成后，需要對風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行時刻觀察，及時發(fā)現(xiàn)扭曲共振現(xiàn)象，可以增加頻率跳躍功能，可以有效規(guī)避共振點、軟連接等，減少安全事故的發(fā)生幾率;要對變頻器、電機(jī)采取科學(xué)合理的散熱措施。

對脫硫冷熱換熱器傳動裝置進(jìn)行改造，減少了電動機(jī)啟動對電機(jī)的沖擊損害，并強(qiáng)化了泵與風(fēng)機(jī)的自動控制效果，降低轉(zhuǎn)速的同時，減少了泵與風(fēng)機(jī)葉輪、軸承的沖擊與磨損，延長設(shè)備使用壽命，減少能源消耗，節(jié)能效果明顯提升，促進(jìn)電廠經(jīng)濟(jì)效益的提升。改造后的脫硫冷熱換熱器變頻器接線方式如圖1所示。

由此可見，為了進(jìn)一步提高低頻變壓器的運(yùn)行效率，最大程度上發(fā)揮其在熱電廠生產(chǎn)中的功能效果，真正挖掘其節(jié)能降耗優(yōu)勢，需要結(jié)合熱電廠的實際生產(chǎn)需求和生產(chǎn)特點，同時對生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)、工藝等進(jìn)行分析，從而制定針對性、適宜性、有效性的改造技術(shù)，有效提升低壓變頻器的運(yùn)行效率，減少整體生產(chǎn)能耗，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益的提升。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，我國變頻器技術(shù)、性能迅猛提升，在風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵類負(fù)荷調(diào)節(jié)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在熱電廠生產(chǎn)中的應(yīng)用，體現(xiàn)了良好的節(jié)能降耗效果，不僅提升熱電廠生產(chǎn)工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，而且減少了生產(chǎn)過程中設(shè)備沖擊與噪聲，避免設(shè)備損耗，可以延長設(shè)備使用壽命，提升生產(chǎn)效率。低壓變頻器的調(diào)節(jié)控制作用，可以對熱電廠的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行簡化，使用更加人性化的調(diào)控模式，促進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備功能的完善與優(yōu)化。同時低壓變頻器在使用過程的費用較低，經(jīng)濟(jì)回報效益較高，在電力、紡織、化工等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫洪旭，張銀東.提升低壓變頻器綜合抗“晃電”能力的研究與技術(shù)實現(xiàn)[J].電氣應(yīng)用，2021，40（12）：93-97.

[2] 時研.長輸供熱系統(tǒng)泵站變頻電機(jī)電壓等級的選擇[C]//2021供熱工程建設(shè)與高效運(yùn)行研討會論文集，2021：569-571.

[3] 馮樂，王奮中，張軍鋒，等.低壓變頻器晃電跳閘原因分析及抗晃電方案探討[J].氯堿工業(yè)，2020，56（9）：15-17.

[4] 劉先俊，劉云勝，盧路，等.一起低壓變頻器異常運(yùn)行分析及預(yù)防措施[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2020，25（1）：62-65.

[5] 諶云臨，鄧云暉.低壓變頻器抗晃電方案的應(yīng)用與探討[J].電器工業(yè)，2020（Z1）：95-98.

收稿日期：2022-02-23

作者簡介：于旭光（1981—），男，山東平度人，本科，機(jī)械電氣工程師，研究方向：小熱電電氣運(yùn)行、電氣設(shè)備維護(hù)、風(fēng)機(jī)水泵等轉(zhuǎn)動機(jī)械節(jié)能及可靠性。