浅谈变频器在电厂锅炉风机中的应用

于子敬

中机国能电力工程有限公司

浅谈变频器在电厂锅炉风机中的应用

于子敬

中机国能电力工程有限公司

本文在分析高压变频器特点及应用的基础上，说明高压变频器在火力发电厂锅炉风机中的实际应用。通过实际应用项目中对变频调速装置运行状况跟踪分析，验证电厂锅炉风机使用变频调速是切实可行的，既能实现宽范围调速、风量自动调节，又能实现节能减耗的目的。

火力发电；锅炉风机；变频器；自动化控制

引言

锅炉风机是火力发电的重要组成部分，其合理的运行方式是最大限度利用燃煤的重要保障，笔者针对“变频器在火力发电厂锅炉风机中的应用”一题展开分析，说明变频器在锅炉运行中的实际应用。

1 变频器结构

变频器可分为交一直一交变频器和交一交变频器两大类。交一交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。而交一直一交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接式变频器。下面以交一直一交变频器为例说明。变频器主要由整流器、中间直流环节、逆变器和控制电路组成，分述如下。

1.1 电网侧的变流器为整流器，它的作用是将三相也可以是单相交流电转换成直流电。

1.2 负载侧的变流器为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路，有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。

1.3 由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件电容器或电抗器来缓冲。所以又常称中间直流环节为中间直流储能环节。

1.4 控制电路通常由运算电路、检测电路、控制信号输入输出电路和驱动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制，一般预留通讯接口，与DCS通讯，实现变频器的远控。

1.5 变频器可以在旁路和主回路两种状态运行，主回路运行时为变频运行，根据工艺指令运行在合适的频率及电压下，当变频器故障时，自动切换到旁路，运行在工频状态。

2 电厂锅炉风机变频器实际应用

辽宁抚顺上大压小2*300MW火电项目中，锅炉系统一次风机、二次风机均采用了施耐德ATV1200系列变频器，锅炉风机控制纳入分散控制(Dcs)，通过DCS在主控室根据工艺要求进行调频、调速控制风机转速，从而控制锅炉的燃烧量，达到节能的目的。

2.1 设备布置。由于变频器功率单元发热量大，为保证变频器安全运行，必须确保变频器控制室的通风及降温，变频器装置上需要加设散热装置与风道，热风在风道的引导下排出，风量不能在风道的影响下发生改变。在变压器与功率单元装置的顶部风机上同样需要加设风道，而且需要单独配置，坚决不能整合。风道的排风口侧，应略微向下倾斜，原因是为了防水。此外还需在相同的位置设置铁丝网，目的是防鼠。控制室还需设置带有滤网的风口，室内的门窗需进行密封处理，室内的空气循环与温度保持方式为空调。

2.2 切换过程。自动变频切换工频过程：电动机变频运行时，变频器接收到“变频切工频”的信号后，断KM1、KM2，然后合KM3，电动机工频运行。

自动工频切换变频过程：电动机工频运行时，变频器接收到“工频切变频”的信号后，合KM1，再断KM3，最后合KM2，电动机变频运行。

检修变频器时断隔离刀闸QS1、QS2。

QS1、QS2为刀闸隔离开关，QF1为进线侧高压断路器，KM1-KM3为旁路真空断路器。KM1与KM3不互锁，KM2与KM3互锁。

2.3 参数设置。变频器可在就地控制器上设置各种参数及运行方式。

变频器的运行和相关参数的设置：

变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。

控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。

最低运行频率：即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。

最高运行频率：一般的变频器最大频率到60Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。

载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。

电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。

跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。

2.4 保护配置。变频器本身具备以下保护：速断保护、不平衡保护、接地保护、过负荷保护、过流保护、欠压保护、堵转保护、低电压保护等；输出输入信号包括：频率调节、电机绕组温度模拟量输入信号，电机电压、电流、有功功率、转速和频率模拟量输出信号，启动、停止、急停、手动/自动转换、复位、远程变频合闸、分闸等开关量输入信号，开关就绪、停止、故障、运行等开关量输出信号；变频器留有一定过载能力。

3 实施效果

3.1 变频调速能节约原来损耗在挡板阀门截流过程中的大量能量，大大提高了经济效益。

3.2 采用变频调速后，可实现软起动，对电网的冲击和机械负载的冲击都不存在了，同时延长了风机的寿命。同时，采用变频调速后，电机的无功功率通过变频器直流环节的滤波电容进行了瞬时补偿，变频器的输入功率因数可达到0.95以上。相对电机直接工频运行而言，功率因数大大改善，对低速电机效果尤为明显。实现变频调速后，风机经常在额定转速以下运行，介质对风机风扇的磨损、轴承的磨损、密封的损坏都大大降低。同时，烟气对烟道挡板的冲击磨损大大降低，延长了烟道挡板的检修周期，减少了维护工作量。电机运行的振动和噪声也明显降低。

3.3 采用变频调速后，可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节，调节器输出的4-20mA信号输到变频器(或通过通信接口进行控制)，通过变频器调节电机转速，可以平稳地调节风量、流量，且线形度较好，动态响应快，使机组在更经济的状态下安全稳定运行，保守估计节能率为30%。

4.结束语

最后，针对本次应用，总结如下需要注意的几方面：

4.1 信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，控制变频器的信号线与强电回路分开走线，模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。

4.2 常见故障

4.2.1 过流故障：过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。

4.2.2 过载故障：过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

[1]林家伟.变频器方式和液力偶合器方式在高压电机系统节能改造中的应用比较[J].工业设计，2015，02(10)：119-120.

[2]杨彦宁.高压变频调速技术在实践中的节能研究[J].中国高新技术企业，2015，10(36)：85-86.

[3]梁婷婷.关于火力发电厂变频器实现节能降耗的思考[J].科技风，2010，11(22)：215.