火电厂高压变频器控制与设计研究

广志景

（嘉峪关宏晟电热有限责任公司 甘肃省嘉峪关市 735100）

自从改革开放开始到今天，我国科学技术得到了高速发展，对于各种设备与技术进行了深入研究，而且在很多行业中也都投入使用。例如火电厂中，使用了高压变频器，此种设备是非常常见的设备，用于广泛应用，将高压变频器应用于火电厂中，高频变压器在使用时能够带来非常多的益处。而且，从高压变频器设计情况来看，和变频器拥有着巨大区别，而且还拥有十分独特的线路，在电压、电流等方面也能够加以有效控制，在控制柜上需要把控制信息传输到功率单元中，根据信息进行调整，以便得到需要使用的电压。另外，高压变频器应当加强在继电设备上的保护，避免其自身受到损害。下面笔者就针对相关内容进行详细阐述。

1 高压变频器分散型控制系统控制方式分析

火电厂中最为常用的是分散型控制系统，其主要是起到辅助控制的作用，对高压变频器进行控制的方式主要包括：

（1）在控制过程中主要是对流量与压力进行控制，以便实现闭环控制，而控制标准为4mA 到20mA，其本身就附带有控制功能。

（2）控制目标为转速，主要是展开开环控制。对转速数值进行设定时，主要是以实际情况加以设定，通常4mA 状态下为0 转速，而20mA 则是额定转速。

（3）控制目标为频率，实施开环控制。相关工作人员可以通过触摸屏对输出频率进行设置，对于高压变频器而言常常在目标数值的控制上是以输出频率为主。

上述三种形式都可以根据具体情况而进行适当调节，如果是对转速进行控制，应当采用V/F 模式，在控制高压变频器时则可以采取手动控制的方式。

2 高压变频器工频旁路设置分析

当火电厂发电功率为125MW，此时则应当选择使用双套辅机，在其两侧还应当配置锅炉风机，如此则能够确保如果当一侧风机出现故障问题以后，那么另一侧风机依然能够确保火电厂处于正常工作的状态。因此，火电厂中所使用的高变频器主要是采用“一拖一”的方式，如果锅炉某一侧风机发生了故障，那么通过手动方式将其运行方式切换为旁路工频，还可以选择使用分散型控制系统，使得另一侧变频器得以提速，如此则能够让锅炉保持正常工作的状态[1]。当高压变频器提速时，通过对电流进行设置避免增加过快，从而限制电流，以便有效保护电路不会受到任何的破坏。

对于小型火电厂来说，锅炉则主要是采用了单送风机和单引风机，若是电动机自身的功率不足300kW，那么则需要将其校核成组进行使用。380V 的厂用母线电压为60%以上，此种情况最为理想的是使用低压变频器，不仅经济实用，而且还拥有非常高的可靠度[2]。如果电厂需要用到高压变频器，那么就需要对自动旁路回路进行设置，以免变频器发生故障而导致锅炉停止运转。如果使用的是水泵类辅助机器，那么则应当采用“一拖一”方式，不论是效率还是灵活度都会非常高。通常情况下，火电厂中机组一般是配备两台水泵，正常使用和备用各一台，对水泵进行切换时，主要是利用转换与自投的方式。在火电厂中都配备有很多容量较大的水泵，因此要根据发电厂的具体情况对配置进行选择。

从上述内容中能够看出来，在选择高压变频器时要考虑各个方面情况，切勿盲目选择，而且不同类变频器所使用的控制方式也是不一样的。若是火电厂使用送风机与引风机各一个，需要实现在工频与变频上的自由切换；若是火电厂使用的送风机与引风机各两个，那么就应当采用“一拖一”变频器；若是使用的是凝结水泵，此时则应当采用“一拖二”变频器。

3 高压变频器回路保护设置分析

对高压变频器进行保护所采用的形式主要包括了过负荷保护、低电压保护等方式。从当前具体发展情况来看，如果想要将高压变频器应用于火电厂中，在对变频器进行设计时需要有至少一种继电保护方式。如今，火电厂所采用的保护方式为综合保护方式，主要是通过使用电脑对交流输入模块中的回路电流信息进行采集，之后再使用数字法以便能够取得较为理想的保护效果[3]。而保护装置则需要将其安装于专门位置，切勿出现随意安装的情况，而且在位置上的选择也是非常重要的。

对电动机的控制如果是通过高压变频器而得以实现，高压变频器则处于电动机和开关柜两者之间，以便对两者的运行起到保护作用当，而在整个过程中主要分为两个环节，高频变压器则是两个环节的分界点，对于每个环节的保护也都是分段实施的。当对电动机进行调速时，高压变频器本身就应当拥有对电动机与整流变压器的保护功能[4]。高压辅机在使用过程中也要使用高压变频器，同时还应当设置工频旁路。当变频向工频旁路进行转换时，应当重视对开关柜的保护，需要注意的是不可出现低于电动机保护的情况，所以应当在工频旁路回路上设置高压变频器，另外需要设置计算机综合保护装置。

若是高压电动机功率达到了2M，不仅要采用高压变频器进行控制，还应当使用重联差动保护装置，如果电动机组发生了问题则需要加强对设备的保护。如果电动机在运行时处于工频运行状态，通常差动保护方式便能够满足使用上的需求。根据高压变频器实际运行情况来看，调节频率一直处于稳定的范围中，此范围为0Hz 到50Hz。因为变频器自身拥有很多优点，因此对电流进行输出与输入时并不会影响到彼此。高压电动机中的变频器处于工作状态时，在对其进行保护时也不要采用计算机差动保护的方式，而是应当使用磁平衡差动保护，如此则能够获得更加良好的保护效果，避免因为保护方式不满足要求而没有起到应有的保护效果[5]。

4 高压变频器保护设计中应该注意的问题

当对高压变频器进行保护设计时，需要考虑的因素有很多，还需要在很多问题上给予格外注意，下面笔者就针对输入欠电压保护、瞬时掉电再启动功能、辅助电源失电保护、综合保护等问题进行阐述，具体内容如下所示。

4.1 输入欠电压保护

对于火电厂中辅机进行保护时，高压变频器主要是通过对电源电压进行控制而起到保护作用，还应当使得变频器输出值应当低于电源切换过程中回路电源中所产生的电压。若是对电源电压进行控制时相对较低，那么变频器则会出现停止运行的情况，如此则在一定程度上降低了电动机的效率，而且母管中的压力也变得越来越低，此时备用泵便会投入使用，当母线电压恢复正常以后，变频器也就开始重新工作[6]。所以，火电厂通常都非常喜欢使用高压变频器，除了因为其本身拥有较大的容量以外，更为重要的是其本身具有良好的质量以及更高的效率，即便处于直流欠电压的状态导致发生了故障，也能够让电动机维持正常工作状态，变频器不会发生停止运行的情况。

4.2 瞬时掉电再起动功能

通常情况下，若是变频器在工作时发生了突然掉电的情况，那么变频器就会不断减速，直至停止运转。若是在掉电以后9 秒中内恢复了电源供应，并且电动机还存在转动速度，将会导致电动机输出启动和电动机中所残留的电压产生冲击电流。因此，火电厂对于变频器有着特殊的要求，那就是当变频器发生了瞬时掉电的情况，可以实现再启动，促使变频器能够保持正常的运转，电动机也能够一直处于正常工作的状态。

4.3 辅助电源失电保护

高压变频器在运行时，辅助电源对其将会起到十分重要的作用，所谓辅助电源就是平时所说的控制电源，其在使用过程中能够使得系统具有良好可靠性与安全性。根据具体情况来看，控制电源应当拥有自动切换、UPS 等各种功能，通过这些功能所起到的保护作用，即使其中任何回路被切断，那么整体的运行也不会受到任何的干扰与阻断，一直处于正常运转的状态[7]。

4.4 综合保护

除了上述三个问题以外，还应当注重以下问题：

（1）当输入电压发生下降，转速变得越来越慢以后，如果高压变频器要保持持续工作，或是不受任何的干扰，那么则应当采取措施提升输出，然而此种则会造成电流过大的情况，从而对IGBT元件造成损坏，因此在不断提升输出效率是，应当充分考虑到电动机具体的转速，为其设置延时时间以及缓冲值，能够有效避免发生上述情况。

（2）当变频器中任何一个功率单元出现了问题，那么都会使变频器发生问题，从而影响到整个系统工作。因此，如果想要避免变频器在工作过程中受到过多的阻碍，应当在变频器保护功能中对此种情况进行设置自动旁路，当功率单元发生问题以后可以通过自动旁路促使变频器能够得以良好运行[8]。

（3）在高压变频器中存在非常多的开关，而且在每个开关上都需要设置五防闭锁，其主要目的是为了规避因为工作人员自身在操作上所存在的失误而造成不良影响，从而有利于对系统的保护。

（4）高压变频器如果想要完整的完成各项工作，常常都需要展开多种保护动作，而且所有发生的故障问题都要保存起来，而且即便出现了断电的问题也能够确保数据不会发生丢失的情况，所有数据信息全在。故障记录主要记录故障发生时间、类型等等，而这些都会在显示屏上显示。

（5）高压变频器中的任何保护都应当输出硬接点上，如此则能够与外部报警装置连接在一起，最大程度降低危害。

5 结语

总之，火电厂中很多地方都使用了高压变频器，由于其本身所具有的控制功能以及保护设计，使得其为火电厂各个方面的工作带来了很多便利，但是这也在一定程度上表示了对高压变频器进行设计存在很大难度与复杂性。当对高压变频器进行设计时应当重视很多细节，当变频器或是线路中发生了任何情况都需要及时进行处理与应对，以便能够获得较为理想的效果。随着时代的不断发展，高压变频器在设计与控制方面也会不断加以更新，促使其能够在火电厂中发挥出更为重要的作用，而这也是当下相关研究人员进行研究的热点课题，使得高压变频器能够进一步发挥出其本身所具有的作用。