变频调速控制技术在电厂热工控制中的运用探析

金晓东

摘要：变频调控技术是电厂热工控制的核心技术，在电力系统中的发展起着决定性的作用。变频调控与传统的调控技术相比，具有经济、高效和节能等优势，因此应用广泛。文章结合其优势和存在的问题对其在热工电厂控制中的应用进行了分析。

关键词：电厂；变频调速控制技术；热工控制；电力系统；电力机组 文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2016）19-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.025

给水泵、凝结泵、送风机、循环水泵、引风机等设备共同组成了电厂热工控制系统，确保了机组的运行稳定。但与此同时，这些设备也成为主要耗费对象。当发电量增加时，电厂增加了发电机组的容量，辅机的能耗也随之增大，不可调节和反应慢等特点就体现出来。高压变频调速的主要作用就是通过对热工系统中设备的调整来降低其能耗，提高其反应速度，并且减少能源流失，因此其应用在电厂热工控制中成为一种必然。尤其是在当今能源消耗大且环境破坏严重的社会，通过这一技术，使得送风机、给水泵等结构得到改善，确保了系统运行的稳定性与安全性。

1 变频器的特征及发展

1.1 变频器的特征

变频器是变速调控技术的核心，变频器具有如下特点：利用变频技术将电源转化为不同频率的交流电源，可对发电厂热工控制系统的给水泵、送风机等系统进行调节。变频器分为高压变频器和低压变频器。其中低压变频输出电压为380～650V、工作频率为0～400Hz，输出功率为0.75～400kW。其主电路由整流和逆变构成，该变频器采取拓扑结构使得其技术稳定；硬度大、成本支出低。同时可以满足一般传动在平滑调速方面的需求，由于低压变频与高压变频相比，采用的力矩较低，应用较为广泛。

1.2 变频调速技术的发展

变频调速技术是一项综合技术，与电工、电子、信息技术之间有着密切的关系。随着数控技术、电子信息技术的快速发展，变频调速技术也随之而进步。实践证明了变频调速的积极性，采用交流电，提高了性能，并且耗能少，满足现代社会的经济化要求，已经获得企业和社会的普遍认可。其应用和推广具有可行性，也说明未来电气流动发展将处于主流地位。同时电力企业增强了对这项技术的重视，并建立了完善的使用体系，使变频调速技术成为企业的专有项目之一，有效地提高了控制性能及产品质量。20世纪20年代，是电子变频技术在我国首次出现的年代，60年代逐渐转向实用性。电力电器的发展是电子变频技术的促进因素，而石油危机则是其制约因素。随后的石油危机造成了经济下滑，环境破坏严重等问题，在这一背景下，电力企业的变频调速技术更重视节能性和高效性，并对高效率变频进行分析，以促进这项技术的发展及其在电厂热工控制中的作用。

2 变频调速控制技术的先进性

与以往的调控技术相比，变频调控技术具有先进性，如经济性高、调节效率高、满足节能需求等。

2.1 经济性较高

变频调速技术适合于负荷过大的机组，具有较高的经济性，能够节约大量的电能。当然也要注意负荷变化的情况，如果较小，那么节电效果并不理想，这是由于变频调速也是一个复杂的耗电过程，如果机组的负荷不大，那么反而会造成电能浪费而不是节约，因此在变频调速技术应用前要判断其使用范围。

2.2 调速特征良好

变频调速的精度得到提高，且运行安全系数更高。同时，变频调速采用大转矩来实现强有力的调速行为，目前变频调速是电力企业应用最为广泛的节能行为。其范围可现实0%～100%连续可调、频率输出为0～120Hz、频率精度为±0.5%、加/减速时间为0.1～3200s，要根据电动机负载的现状而设定。当然，在调节过程中，要适当控制转速的调节范围，通常在70%～100%之间为最佳。一旦低于50%，将对机组设备的调节效果造成影响，带来资源浪费。

2.3 节能效果好

变频调速可节省大量的电能。其省电过程可通过三点来实现：其一，软启动。一般情况下，交流电动机以电动机额定电流的7倍启动，而变频调速采用软启动，其启动电流远低于交流电动机的额定电流；其二，节约设计冗余。在传统的设计中，由于要考虑意外情况，以此要设计预留冗余，但多数状况下冗余剩余较多，造成资源浪费，而变频调速则可以节约该冗余；其三，能够调速节电。由于其功率因数较高，大多处于0.95以上，节约无功，进而降低变压器负担。

3 变频设施的整体需求及其在电动执行中的问题

3.1 变频设施容量的选择

由于变频调速设施回路可靠性较低，因此在设计时，其可操控性就成为主要考察的问题。与此同时，变频容量的选择要在规定的范围之下进行，即使在恶劣的环境中，变频设施也很少受到环境的影响，并且要针对其影响因素对周边范围内容污染物去除。变频设施的容量选择要综合评价，实现利益的最大化。

3.2 变频设施安装后对机电保护方案及整定的影响

电动执行过程中，同样需要关注一些问题：其一，要确保工频回路的正常运行。尤其是在变频回路出现问题时，回路内要安装缓冲设置，启动电流会降至额定电流，这一过程会降低冲击，延长启动时间；其二，强化变频器抗干扰能力。可通过金属管的使用来断开变频器与外界之间的联系，并且变频设施要具有一定的自我保护能力，对短路的设施及时进行变频设施的软切断，既提高了功能，又使继电器保护功能得以简化。电动执行机构在我国电厂中应用广泛，电动执行使用普通的220V AC工作电源，电机快速运转。在以往的电动执行中，为了提高精度，常使用质量大的变速箱，但也导致电机转速的降低。达到额定电流的时间缩短，同时为了防止惯性对转子急停的影响，要安装机械刹车装置。

在电厂的给水系统、燃烧系统及其他辅机的控制系统中，多为DDZ系列的电动执行器。近年来，随着发电厂的改组，原本开环控制已经不能适应执行需求，闭环执行电脑方式开始使用。并且DDZ型电动执行器在改组过程中的缺陷逐渐呈现出来，这就使得变频吸引无法正常工作。为此，电厂多选择半开、半关的方式来控制继电器的正反转，但受到继电器的不可调输出脉冲的影响，容易出现过调而导致控制系统振荡。在长期的控制中，还容易造成制动器刹车盘磨损严重，从而影响工作效率。总之，电动执行器在对系统控制过程中，容易出现故障，维修过程需要大量的资金，执行器的生产在我国技术不完善，而进口设备的价格又过高，这样影响企业经济效益的获得，并且不符合当下社会环保意识。

4 变频调速技术在电厂热工控制中的应用

4.1 电动执行器中的变频调节技术

关于电动执行器运行中的问题，上文笔者已经进行了分析。作为大功率电机，应用变频调节可有效实现节能。利用变频调节技术的控制脉冲宽度可调性，可实现对DDZ系列的电动执行器实施改造，可有效提高电动执行器的运行质量。将变频装置安装于系统回路中，将调节器或者由分散控制系统输出的无源控制冲加在变频器上，从而实现电机的正、反转。变频器还能够通过既定程序来设置上下限频率和加减速时间，改变了电动执行器的启动方式，改变后的启动方式节省电能，且有效地避免了过调。与传统的机械制定器相比，执行人员和维修人员的任务量减少，这样可以保证工作人员的精力，从而提高设备的稳定性。

4.2 变频调速控制技术应用于汽包锅炉给水控制

汽包锅炉给水控制是实现系统的给水量与蒸发量之间的平衡。其中主要表现为以下方面：保持汽包内足够的水量，并且维持其稳定。利用变频调速控制技术而形成的自动控制系统来控制系统的供水量。变频调节给水系统的自动控制回路以单级三冲量的方式，靠汽包水位、给水流量、蒸汽流量接收信号，将汽包内水位设定为其调节对象，其中用于调节器给水流量和蒸汽流量，其中前者为反馈信号，后者为前馈信号。通过变频调速控制技术来建立前馈、反馈系统。系统使用三台调水设施，全部调水设施控制一个调节回路，在控制调水过程中以加权的方式形成综合测量信号，并将其发送至其他调水设施中。设定给水信号，当给水信号与综合评定信号之间对比出现误差后，可利用变频调节技术的输出模拟信号来解决。

5 结语

电厂在我国经济发展中起着支柱性的作用，新时期电厂运营和管理应实现高效化、低能耗的特点。在电厂设备运行中，热工控制系统的调节是其安全和节能的主要项目。变频技术目前在我国已经得到快速发展，这一技术与传统技术相比，成本低且耗能少，并且随着工程实践的发展，这一技术获得了进一步的改善，多在使用后两年内即可收回成本。对于电厂这类大型设备众多、耗能大的企业来说，变频控制取得了突破性的成就。当然在电厂运行过程中，工程情况有所区别，需要结合工程施工现状合理选择变频器来实现节能升级，提升辅机设施运转的效率和安全性，发挥变频调速技术的积极

作用。

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（责任编辑：蒋建华）