变频技术在发电厂辅机设备中的应用

曹俊(华电新乡发电有限公司,河南新乡 453635)



变频技术在发电厂辅机设备中的应用

曹俊
(华电新乡发电有限公司,河南新乡 453635)

【摘 要】文章分析了火电厂辅机设备节能降耗的必要性,介绍了变频技术在发电厂的应用背景和变频调速系统的工作原理,详细阐述了变频调速技术在发电厂辅机设备中的多种应用形式,同时,分析了变频技术的优点和缺点。展望了变频技术在发电厂辅机设备中的广泛应用前景。

【关键词】变频技术 发电厂 辅机 前景

1 引言

目前，火电约占我国电力装机的70%左右，火电厂主要辅机设备如凝结水泵、给水泵、循环水泵、各类风机等高能耗设备，其输出功率不随机组负荷变化而变化，只能通过调节阀门或挡板的开度来调整其出力，从而造成了较大的节流损失。因此，做好火电机组及其主要辅机的节能降耗工作十分必要。

随着电力传动技术的发展，尤其是大容量变频调速系统的逐步成熟，既满足了电力生产的需要，又达到了节能的效果，同时还减少了设备检修维护费用。因此，在火电机组主要辅机中采用变频调速技术是实施节能降耗工作的有效途径。

2 变频调速系统

变频调速系统通常由整流器、滤波器、逆变器、控制电路等组成。其简化的工作原理电路如下图1所示。

变频调速系统主要由控制系统和变频器组成。变频器的功能是将电压、频率不可调的交流电源转换为可调的交流电源。其中整流器和逆变器是变频器的主要组成部分[1]。

控制系统是变频调速技术的核心元件，其功能是产生脉宽调制波形，从而驱动变频器中的功率开关(晶闸管或晶体管等)。变频控制系统是由PLC或微处理器通过软件编程的方式实现控制功能的。

3 变频技术在发电厂辅机设备中的应用形式

变频调速技术在发电厂最初用于辅机设备的节能方面，然而，随着变频器及其控制系统性能的提高，变频调速技术的应用范围也逐步扩大至电厂辅机设备的软启动、自动控制、转速控制等方面。

3.1 辅机设备的节能

辅机设备的节能工作在火电机组节能工作中占据非常重要的地位。火电厂的凝结水泵、循环水泵、各类风机等辅机设备都要消耗大量的电能。由于机组负荷的变化，必须通过调节风机挡板或水泵调门的方法调节辅机设备的出力，这样就造成了大量的节流损失。风机或水泵的轴功率与转速的立方成正比[2]。

3.2 大容量电动机软启动

交流电动机直接启动时的启动电流约为额定电流的5-8倍。在电机的启动过程中，直接启动的强大电流会在电机绕组端部产生巨大的电磁力，使绕组端部产生振动或变形，甚至引起电机绕组绝缘的机械损伤或绝缘击穿。启动时的大电流还可能造成电机铁芯振动，引起电机发热。此外，大容量电动机直接启动时还会造成厂用电母线电压的降低，对其他辅机设备的正常运行造成影响，严重时可引起电机低电压保护的动作。因此，火电厂大容量电动机普遍采用软启动的方式，这对于延长电机使用寿命，降低对其他辅机设备的影响，保证安全生产具有非常重要的作用。

3.3 自动控制

目前，火电厂的主要辅机运行过程由于现场实际情况的复杂多变，某些系统受诸多因素的影响，需要通过不断调整才能实现多种工况下的参数稳定，变频技术很好地解决了这个问题。例如，变频技术在发电厂循环水泵上的应用，就是就是通过实时计算凝汽器的运行清洁系数，采用循环重复计算法求取凝汽器最佳真空及对应的变频循环水泵运行方式[3]。

3.4 转速控制

变频调速技术在转速控制方面也有广泛的应用。例如，发电厂中的闭式循环水泵等设备，要求对设备恒压供水，变频调速技术正好满足了这种需求。其简化的原理图如下图2所示。

该系统的工作原理是由压力传感器测取供水管道的实际压力，送入信号处理器经过A/D转换后，经过PLC与给定压力进行比较，回传至信号处理器并经D/A转换后，通过变频器对输出频率进行控制，进而控制电机转速以达到恒压的目标。

4 变频技术的优点和缺点

变频技术是快速发展起来的一种新型电力电子技术，具有良好的节能效果，自动控制等优点外，同时也具有输出电力谐波的缺点。

4.1 变频技术的优点

4.1.1 良好的节能效果和调节性能

变频技术在发电厂辅机设备上的应用，其最大的优点就是具有良好的节能效果和调节性能。例如，发电厂凝结水泵的变频改造，可节约电能30%以上[4]。

4.1.2 减少启动电流冲击

变频技术在大容量电动机上应用后，电机启动电流从零开始，随着转速的升高而增加，真正做到了软启动。消除了直接启动时大电流对电机绕组、铁芯及厂用母线电压的冲击。

4.1.3 延长设备的使用寿命

变频调速技术的使用，使得泵或风机的转速较额定转速大大降低，不仅减少了轴承的振动和噪声等，而且延长了泵或风机、电机轴承的机械寿命，减少了设备维护费用。

4.1.4 降低噪音,减少环境污染

发电厂泵或风机改为变频调节后，在降低设备转速的同时，也降低了噪声污染，改善了发电厂的作业环境。

4.2 变频技术的缺点

由于变频器中含有较多的非线性元件，因此变频器将对发电厂的电力系统产生一定的谐波污染。谐波使旋转电机产生附加功率损耗和发热，并可能引起振动；谐波能增加变压器和电网的损耗；谐波可能造成电能计量的误差，对继电保护、自动控制装置等产生干扰和造成误动作[5]。

5 结语

变频技术是一种新型的电力传动技术，在发电厂的辅机设备中的广泛应用，节约了大量的厂用电量，为发电厂带来了良好的经济效益。同时具有改善机组调节性能、延长设备使用寿命等优点。变频技术在应用过程中，虽然产生了一定量的谐波污染，但是通过加装滤波器和采用多脉冲整流技术等能够有效消除。

参考文献:

[1]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]王瑜瑜,刘少军.基于变频技术的水泵节能控制系统的研究[J].现代电子技术,2013,(15):174～175.

[3]张利,张宇,刘卫平等.基于DCS系统变频循环水泵节能自动控制[J].中国电力,2013,(12):59～61.

[4]刘宏宇,王丽英,宗艳霞.高压变频技术在1000MW机组凝结水泵节能改造中的应用[J].华电技术,2012,(4):60～63.

[5]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2004.

图1 变频调速系统的工作原理图

图2 恒压供水原理图