高压变频器在热网循环系统的应用

王超

【摘 要】某热电厂装机容量为2×300MW，选用1000kW热网循环水泵2台，管网覆盖城市两个行政区，供暖面积达到480万m2。由于供热系统自身的特点，热网循环系统在运行中主要保证水循环稳定和压力恒定，即控制好水位、水压达到安全运行的目的。机组在供热期间，供热负荷变化时需要调节水量，同时需要调节锅炉引风机的风量，而电机的出力并没有变化，其消耗的厂用电率是相当可观的。当前节能环保已成为各发电企业必须完成的硬指标，所以降低厂用电率，合理调配设备运行方式是其急需解决的问题。

【关键词】高压变频器；热网循环；系统；应用；分析

1导言

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路

2变频器功能作用

2.1变频节能

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15--20倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器。变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。作为电子电路，变频器本身也要耗电（约额定功率的3-5%）。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W，相当于一盏长明灯.变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。

2.2功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

2.3软启动节能

一是电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

二是从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素

3变频器技术要求及改造方案

3.1改造对象

该厂有2台变频调速热网循环泵，正常运行时，投运1#（2#）热网循环泵，当管网压力不足或者供热量不足时，投入运行2#（1#）热网循环泵。运行人员可根据供热量的大小投入一台或两台热网循环泵变频运行。当运行的变频器发生故障时，切换到工频运行，确保供热系统运行稳定。

3.2改造逻辑设计

由于热网热负荷调节以调节汽轮机抽汽量为调节方式，所以热网循环泵主要以稳定供热管网压力为调节方式。热网循环泵变频调节以热网供水压力为被调量，通过DCS系统调节热网循环泵转速来调节供水压力。

3.3对变频调速系统的主要要求

一是要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障；二是要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行；三是调速范围要大，效率要高。

3.4高压变频器主回路设计

该厂1#、2#循环泵高压变频器采用一拖一动切换工频的控制方案。两台电机一用一备或两台同时运行，两台循环泵可单独进行工频或变频运行。系统提供两台变频器各一路电源，1#高压电源拖动1#电机变频器运行，或2#高压电源拖动2#电机变频器运行。QS1、QS3是双刀双掷隔离开关，工频回路与变频回路机械互锁，避免发生一台电机同时工频、变频运行情况。两台水泵供电系统不同，高压变频器运行实现一台电机变频运行、一台电机工频同时稳定运行，两台设备启停操作相互不能影响，运行方式：一是在供热期间大负荷供热时两台循环水泵变频运行，保证两台给水泵长期稳定变频运行，且可实现系统自动调节，需要将两台循环泵变频器频率调至相同，避免两台泵并列运行时因出力不同相互影响；二是一台高压变频器故障时，该电机切至工频运行，另一台电机变频运行，两台泵并列时，变频电机频率需调整至40HZ以上，避免工频电机所驱动的泵对其有影响三是两台变频器故障時水泵同时能够单独或并列工频运行。

3.5控制回路设计

DCS系统输出4-20mA电流信号控制TKHVERT型高压变频调速系统的运行频率，来控制电机的运行转速。高压变频调速系统反馈4-20mA电流信号指示高压变频调速系统的输出频率、输出电流。JD-BP38高压变频调速系统同时接收DCS控制系统的启动、停止、急停、复位控制信号，调整运行状态。当高压变频调速系统故障时，系统输出故障停机和报警信息，用于提示用户启动故障处理措施，同时高压变频调速系统将信号发送给DCS，在DCS系统上显示故障，以便于及时的排除故障。如果系统出现紧急情况，DCS监视人员立即点击变频器紧急停止按钮，此时变频器立即封锁输出，并及时跳开电源侧高压断路器

4结论

热电厂由于天气温度变化，所以每个月的供热量是不同的，这样就可以通过调节变频器的频率来调节供热量，大大降低了运行成本，社会效益显著，具有广阔的推广意义。

参考文献：

[1]汪林，任博文.330 MW机组风机高压变频改造方案及节能潜力分析[J].节能技术，2018，36（04）：380-384.

[2]赵莉，唐小亮，逯乾鹏.高压变频器低电压穿越功能的实现[J].电气应用，2018，37（14）：69-72.

[3]刘斌.浅谈高压变频器在水泥厂风机节能改造中的应用[J].河南建材，2018（04）：457-458.

[4]李朝阳.西门子低压变频器在转子变频调速系统中的应用[J].科学技术创新，2018（20）：173-174.

[5]郑培峰，郭延双，郭培彬.高压变频器在胜利油田柱塞泵上的应用[J].变频器世界，2018（07）：103-105.

（作者单位：大唐陕西发电有限公司西安热电厂）