电厂变频器应用研究

　　摘要：随着时代的发展，变频器在人类的生活中变得越来越实用越来越普遍，变频器不仅在冰箱、空调中普遍应用，还在电动车等产品中相继使用。总之，变频器已经在人类社会中充当了重要的角色，成为了人类生活不可或缺的产品。本文重点研究了变频器的特点和基本原理，并对高压变频器在电厂中的应用进行了分析，以期为变频器的发展提供一些参考。

　　关键词：变频器；应用效果；选择方法；特点；未来发展

　　中图分类号：TN77文献标识码：A

　　一、变频器概述

　　1、变频器的结构

　　图1变频器的基本构成

　　变频器分为两类，分别是交-交变频和交-直-交变频。其中交-交变频只有一个环节，并且采用反并联的可逆线路，因此需要大量的功率元件，除此之外，还因为受到脉动转矩和谐波电流的限制，所以其最高的输出频率往往不能超过电网频率的一半，这些情况导致交-交变频器的应用不能得到推广。为此常用的变频器采用交-直-交变频器。这种变频器按中间直流环节分为电压源型和电流源型。区分的办法则观查是使用大电容滤波还是大电感滤波，使用大电容滤波的是电压源型，直流电压平直，可多机传动，但是动态响应慢，不能实现回馈制动。而使用大电感滤波的是电流源型，电流波形平直，动态响应快，可以实现四象限运行，适用于单电机的可逆传动。

　　2、变频器的控制原理

　　PWM控制，是在调节频率的同时，不改变脉冲电压幅度的大小，只是改变脉冲的占空比，从而实现变频变压的效果。逆变器通常采用6个绝缘栅极晶体管构成大功率晶体管开关组合，即功率模块。6个晶体管的状态决定电机绕组中电流的方向，开关动作的快慢决定了通入电机绕组电流的频率，开关脉冲依次控制晶体管的通断，从而使电机转动。

　　3、变频器在电厂中的运用方式

　　在电厂中，主要是将高压变频器运用于功率较高的电压辅机上，类似循环水泵、凝结水泵、引风机、送风机及灰浆泵等。由于各类设备不同，其相应的负载水平也各不相同。在高压变频器的应用过程中，通过结合其相应的设备负载水平，可以采取各种运用方式，包括：“一拖一”的方式、“一拖二”的方式等。

　　二、高压变频器在电厂的应用

　　1、凝结水泵变频器一拖二逻辑设计及应用

　　为了响应国家节能降耗的要求，本公司凝泵采用广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT－D06/1600.A（6kv，1600kw）型高压大功率变频器，为“一托二”型，一台变频器可“不同时”供应两台凝泵变频使用。主要装置柜有：中置电源柜（即两变频开关柜）、变压器柜、模块柜、控制柜。

　　一方面，利用有限的资源将1台变频器运用到2台凝结水泵上；另一方面，通过变频调节凝结水供水量，可以有效降低大型电机耗电量，从而降低我公司的用电量。依据凝泵一拖二控制方式制订具体控制逻辑，明确需进行修改的逻辑条款、项目，达到不漏项、不重复的目标。

　　下面以1号凝泵逻辑为例进行分析，QS21和QS22是一柄单刀双掷刀闸，以保证工频位QS22合闸时，QS21必然分闸；而变频位QS21合闸时，QS22也必然分闸。变频位QS21合闸时，利用电气回路电磁锁，闭锁QS41（2号凝泵变频刀闸）无法合闸，从而保证设备安全；在投入变频位运行时，QS21先合，QS1后合；在投入工频运行时，先分QS1，后合QS22。

　　1.1凝泵6kv开关合闸允许

　　允许凝泵6kv开关合闸的条件有以下几点：①QS1刀闸合闸、QS3刀闸未合闸且变频器无故障（投变频时）或QS22刀闸合闸（投工频时）。此条件不仅包括了凝泵变频时所需的刀闸状态，同时包括了工频时必要的刀闸状态，并在变频时做了逻辑闭锁，防止QS1和QS3同时合闸而引起线路故障。②排汽装置液位不低（1100mm），二取二。此条件是为了防止凝泵发生气蚀。③1号凝泵出口电动门已关，且再循环阀位大于95%或1号凝结水泵投备用且1号凝泵出口电动门已开。此条件的目的是凝泵通过大循环或者备用投入后出口电动门开启，从而保证在出口流量足够的情况下启动凝泵，同时防止气蚀情况发生。④1号凝泵入口电动门已开。此条件是为了保证凝结水供水系统管道的通畅。

　　1.21号凝泵6kv开关联锁合闸

　　在QS22刀闸合闸、1号凝泵非禁操且已投入备用的前提下，以下任意条件都可联启1号凝泵：①2号凝泵开关保护跳闸。②2号凝泵开关事故跳闸。在2号凝泵发生保护跳闸、事故跳闸时，立即联启1号凝泵，从而保证凝结水流量，维持除氧器水位。③2号凝泵工频运行60s（2号凝泵已合且QS42已合闸）且凝结水母管压力低（定值2.5MPa），延时1s。2号凝泵工频位运行时，出力不足会导致凝结水母管压力低，这时需联启备用的1号凝泵，保证水压正常；而当2号泵变频位运行出现水压低时，应通过变频调节水压，不联启备用泵。

　　1.31号凝泵6kv开关联锁分闸

　　为了能够正常联启备用泵，将原联锁分闸条件出口电动门关跳泵取消，改为保护跳闸条件。因为联锁条件发生时，无法触发驱动级中的相关布尔量输出，即无法联启备用泵，这是逻辑设计中的缺陷。现通过将其修改为保护条件，从而实现联启备用泵的功能。

　　1.41号凝泵6kv开关保护分闸

　　1号凝泵6kv开关保护分闸有以下几点相或条件：①1号凝泵工频或变频运行延时1s后，入口门关且未开，延时2s。②排汽装置液位低（三取二），延时2s。③QS1刀闸已合且变频器重故障或变频器事故跳闸。④凝泵出口流量低（判断QS22刀闸是否已合进行变参）。1号凝泵工频运行120s、凝泵再循环流量调节阀开度小于85%、凝泵出口流量（5号低加入口流量、凝泵再循环流量之和）小于460T/H且3个模拟量均未坏点，延时15s；1号凝泵变频运行120s、凝泵再循环流量调节阀开度小于85%、凝泵出口流量（5号低加入口流量、凝泵再循环流量之和）小于200T/H且3个模拟量均未坏点，延时15s。⑤1号凝泵工频或变频位运行延时15s后，1号凝泵出口电动门已关，再延时10s且未开（原为6kv断路器联锁分闸条件）。

　　1.5除氧器水位调节阀指令闭锁逻辑

　　除氧器水位调节阀投入自动控制情况下，1号凝泵变频运行时1号凝泵6kv断路器分闸或2号凝泵变频运行时2号凝泵6kv断路器分闸，发3s脉冲，闭锁除氧器水位调节阀阀位指令至相应负荷下的设计开度。

　　2、高压变频器在电厂中的风机、水泵改造应用分析

　　现将高压变频器安装于电厂中的风机、水泵配置的电动机处，针对对其展开的变频节能改造进行分析。

　　2.1本机控制时通过高压变频器控制柜上触摸屏可就地人工启动、停止高压变频器，可以调整电机转速、频率。远程控制放在控制室，设有操作台和上位机，由配电工操作控制。通过上位机配电工可以随时了解设备的运行情况，通过操作台可实现对高压变频器进行简单的远方操作。配电工可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。

　　2.2系统要求控制的压力值由手操器给定（4～20mA电流信号），母管压力反馈信号经压力变送器检测后，再由DCS供给。压力比较和PID运算均由DCS完成，其变换出来信号作为变频器给定信号，确保管网的压力稳定在压力设定值上。同时，通过变频器的模拟量输出接口将管网压力、实际电压、电流、频率反馈到DCS监控系统上。

　　2.3风机水泵变频调速的节能原理

　　当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变风机水泵的性能曲线，使风机水泵的额定参数满足工艺要求，根据风机水泵的相似定律，变速前后流量、压力、功率与转速之间的关系为：

　　Q1/Q2=N1/N2

　　H1/H2=（N1/N2）2

　　P1/P2=（N1/N2）2

　　Q1、H1、P1―风机水泵在N1转速时的流量、压力、功率

　　Q2、H2、P2―风机水泵在N2转速时相似工况下的流量、压力、功率

　　假如转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时，风机水泵的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线л-Q看，Q2与Q1点的效率值基本是一样的。当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，风机水泵仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速，流量就不再用关小阀门来控制，阀门始终处于全开状态，避免了由于关小阀门引起的压力损失增加，也就避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用。

　　工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/TM-TL，风机水泵负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以TM/TM-TL=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述WS的1/10，则每年的起动节能也是很可观的。

　　2.4高压变频器在风机中的改造应用优势

　　2.4.1节约风机运行所消耗的能源

　　电厂在设计风机与泵时，通过使用变频器来调整频率的方式改变风机与泵运行的参数，实现风量与排灰量的共同改变。在风机与泵中应用变频器可以将挡板、闸门及节流阀在运行过程中附加的损耗消除，从而节约了能源。

　　2.4.2提高风机运行的稳定性与安全性

　　在高压变频装置中设有低电压、过电压及过电流的保护装置，其灵敏度较高，可让水位与流量实现负反馈的功能；变频器可以控制风机的转速。调速装置均配备了计算机终端接口，能将标准工业通讯系统与能源系统联系起来，从而实现设备的自动控制。

　　2.4.3提高风机运行的使用寿命

　　高压变频启动为一种软启动，即使电机的启动方式变为从零转速逐渐升至为起始转速通过高压变频器的增减频率按钮来使电机转速获得改变，避免了启动电机时产生强烈冲击电流，其使用寿命便得以延长，有利于减少管路、灰浆泵及风机发生磨损的程度。

　　2.4.4变频改造对其他设备的影响

　　改为变频调节后，对其它设备的影响有：避免了电动机启动时对电机的冲击损害；提高了引风机的自动控制能力；由于转速的降低，对风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。

　　三、高压变频器应用中模块发生故障现象及故障处理

　　1、故障现象

　　模块故障包括：驱动故障、过热故障、过压故障，欠压故障。故障原因：驱动故障表示驱动部分有故障，过热故障表示模块温度过高，过压表示模块的母线电压高于额定电压的130%，欠压故障表示模块的母线电压低于额定电压的70%。现象：变频器会自动旁通运行并在触摸屏上显示故障，欠压故障超过300S后变频器会自动旁通运行。

　　2、故障处理

　　在运行过程中出现模块故障（包括模块过压故障、模块过热故障、模块驱动故障）时，变频器会发出轻故障报警信号，同时自动进行故障旁通运行，使变频器能够带故障运行。1个模块发生旁通类故障，变频器用开关将此模块旁通掉，同层的其他两个模块计算输出为0V；旁通后，系统运行由N级调整为N-1级运行；仍然保持对称输出；模块采用旁通电路，在模块故障时模块输出经可控硅短接，实现旁通；旁通后，在大负荷下系统降额运行；中小负荷下系统运行保持不变；六级变频器，系统最多允许旁通三级运行，旁通不同级数降额幅度是不一样的，下面给出系统旁路运行后降额运行参考值：1级旁通，允许连续运行在96％额定功率下；2级旁通，允许连续运行在77％额定功率下；3级旁通，允许连续运行在58％额定功率下；旁通运行时，应该严密监视系统工作状态，降低一定的负载运行，在许可的情况下，应该进行停机处理，更换出现故障的模块。

　　结束语

　　高压变频器在电厂中的应用目前还处于经验积累和实践探索阶段，文章结合实例进行了分析，在具体应用过程中，还需以电厂实际状况为基准，考虑技术可行性、质量可靠性、经济合理性，综合性的加以实施，并考虑后期运行过程中的各种问题，保证整个系统的稳定运行。