浅谈变频技术在火电厂中的运用

段丽

【摘要】随着电力系统的发展，在火电厂变频技术的应用上，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，可实现参数的精确控制，使工艺流程具有较高的可操控性，另外还可实现节能降耗，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。近年来火电机组调峰任务越来越重，运行经济性和安全性的问题日益突出，因此，研究变频技术在火电厂中的运用十分必要。

【关键词】变频；火电厂；运用

1. 前言

目前，国外火电厂的耗电量指标明显低于国内，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、带液力耦合器的电动给水泵具有一定速度调节功能，其他水泵、风机大多还是沿用传统方法，用具有调节性能的阀门、挡板来调节出力。变频技术是一项高效的调节速度技术，通过频率的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，已广泛应用于我国电力、冶金等众多行业。

2. 变频技术基本原理

2.1 变频器原理

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基础上形成的，其借助大型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是磁极对数。

2.2 变频器构成

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，根据电机实际需求提供其所需要的电源电压，进而达到调速、节能目的，另外变频器还有过流、过压、过载等保护功能。

主电路是给电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"电压、电流检测电路"，电机"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。

2.3 变频器分类

按直流电源的功能和性质，可将变频器分为电流源型和电压源型；按输出方式，可分为脉冲幅值和脉冲宽度调节方式型；按电压等级，可分为高压和低压变频器。

3. 变频技术主要特点

3.1 变频技术优缺点

3.1.1 变频技术优点

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，可实现负荷及出力的精准控制。

间接优点：（1）提高设备自动化控制水平；（2）节能降耗（机组低负荷运行时节能效果更好）；（3）一定程度上提高设备可靠性并延长使用年限。

3.1.2 变频技术缺点

变频器价格较昂贵，初期要消耗企业大量资金；对附近的仪表、仪器等有一定干扰，需采取抗干扰措施；内部结构复杂，故障率偏高；运行时产生较多热量，需增加通风冷却设备。

3.2 其他改变电机转速的方法

其他还有降压、滑差电机、改变磁极对数、改变转差率、液力耦合器等改变转速的方法，各有优缺点，应用于鼠笼式、绕线式电机和单相交流电机等不同类型的电机或场合。

4. 变频技术在火电厂中的运用情况

4.1 变频技术在火电厂的运用领域

高压变频一般用于给水泵、引风机、一次风机、凝结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。

低压变频主要用于皮带给煤机、叶轮给煤机、捞渣机、加药泵等调节范围大、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电机。调节效率高，调节稳定性强且节能效果好。

4.2 变频技术在火电厂的应用效果

4.2.1 提高设备自动化控制、调节水平

变频技术使电机转速可以无极调节，且变频功能较完备，通过扩展可灵活地满足客户个性化要求；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。

4.2.2 节能降耗

（1）变频器节能。风机、水泵等设备当负荷变化时，传统的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消耗在挡板、阀门截流过程中。根据流体力学，P（功率）=Q（流量）×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速的平方成正比，功率P与转速的立方成正比，使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低转速即可满足要求，从而降低电耗。

（2）功率因数补偿节能。无功功率不但增加线损和设备发热，更主要的是功率因数降低导致配电网有功功率降低，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，从而间接增加配电网有功功率。

5. 变频技术在火电厂运用存在的问题及解决措施

5.1 震动和冲击

在应用中会出现震动和冲击问题，变频器在受到强烈震动和冲击时，会使电器接触不良，导致设备不能正常运行，影响电厂运行生产。

解決措施：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。

5.2 干扰

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，会使整个系统及附近设备无法工作。

解决措施：对于辐射方式传播的干扰信号，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；对于线路传播的干扰信号，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处理。

5.3 故障率高

变频器单体设备多，内部接线复杂，存在功率模块故障率高（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）厂家加强生产工艺控制，稳定设备质量；（2）检修人员严格按工艺要求做好定检维护，确保设备状态良好；（3）运行中严格控制变频设备工作温度。变频器运行中易受温度制约，变频器工作温度应稳定控制在40℃以下；（4）断电时仅切断动力电源，控制电源保持上电状态，减少对控制模块的冲击。

5.4 受环境影响

运行中产生大量热量，危及元器件安全、稳定运行。

解决措施：（1）在变频器内部安装离心式冷却设备，冷却设备须与变频器之间留一定空间，确保热气畅通地从变频器内排出；（2）在变频室内设制冷出力匹配的空调，进风选择在环境好的地段并过滤，确保进入变频器内的风洁净、温度适宜；（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。

6. 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，或实现参数的精确控制，使工艺流程具有更高的可操控性，并一定程度上延长设备使用寿命和提高可靠性。随着国家对火电厂环保排放、节能降耗的标准、要求不断提高，变频技术将有更加广阔的应用空间，因此对变频技术在火电厂中的运用进行探究是很有必要的，值得大力推广。

参考文献：

[1] 张振阳，姬勤，李遵基，王洪滨，刘军祥，李东. 高压变频器在火电厂中运用模式分析[J]. 中国电力，2012，23：60-62.

[2]李帅. 低压变频技术在火电厂系统优化中的作用[J]. 科技风，2013，09：87-88.