低压变频器在热电厂中的运用分析

摘 要：变频器技术是在现代化电力电子技术高速发展的基础上发展而来，是一种新兴的调速控频技术。变频器可以对频率、转速等进行有效性调节和控制，并调节输出频率，实现节能降耗的效果。低压变频器在热电厂的有效应用，可以把工频电流转化为直流，继而形成电压、频率可控的交流电，方便用电设备进行使用，促进了热电厂整体生产过程的节能降耗，并发挥了良好的保护与启制动功能。对低压变频器在热电厂的应用要点进行分析，旨在进一步提升热电厂的运行质量，减少能源消耗，促进经济效益、生态效益的综合性提升。

关键词：低压变频器;热电厂;应用

中图分类号：TM921.51;TM621                     文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2022）07-0059-03

0 引言

变频器主要是通过电力半导体器件的通断功能，把工频电源转化为另一频率的电能控制装置。这是一种新兴的变频调速技术，在应用中可以起到良好的软启动、变频调速、提高运转进度、改变功率等作用，同时还具有较强的过载、过流、过压保护功能。低压变频器技术先进，性能稳定，而且节能效果良好，在热电厂中得到了良好的使用，为电力行业的可持续发展创造新方向，促进热电厂经济效益、生态效益、社会效益的综合性增长。在热电厂生产中，结合实际要求对低压变频器进行优化应用，明确变频器的工作原理，分析其工艺特点，并结合实际生产要求选择合适的型号类型，确保其功能作用的最大化发挥。其中低压变频器在热电厂的应用路径包含很多方面，如锅炉、汽车给水泵、凝结水泵、热网补水、锅炉风机电机等，既可以提高整体设备的生产运行效率，强化生产能力，也可以减少热电厂运行发展中的能源消耗，真正做到节能降耗，实现清洁生产，减少环境污染压力，推动热电厂综合效益的全面提升。

1 变频器概述工作原理

1.1 工作原理

变频器可以通过电力半导体器件来对工频电源进行调节控制，并将其运行状态改变为另一频率的电能控制装置，从而实现对异步电动机的软启动、过流保护、变频调速、改变功率因数等目标。低压变频器在运行过程中，往往是利用交-直-交的途径，在整流器的作用下，把工频交流电源转化为直流电源，之后将其转化交流电源，在这一过程中其频率、电压都可以得到有效性控制与调节，从而方便异步电动机进行使用[1]。变频器主要由整流器、逆变电路、滤波电路等部分构成。

当前阶段，整流器主要是使用二极管变流器，能够把工频电源直接转化为直流电源，也能够通过相关操作构成可逆变流器，实现高功率方向可逆，可再生运转;逆变器可以把直流功率转化为交流频率，在特定阶段获得三相输出。随着科学技术的逐渐发展，逆变器的运行已由原来PAM控制方式转变为PWM波形输出方式，这种控制模式主要是通过调节脉冲宽度来对电压输出波形进行调制，其调速方式为SP-WM调速方式。在运行中的直流环节主要包含滤波、直流储能、缓冲无功功率等。控制电路主要功能为异步电动机主电路提供信号控制的回路，其中包含很多内容，如电压与频率的运算电路、主电路电流电压检测回路、电机速度检测回路等。低压变频器是一种高效运转而且节能效果良好的电机调速装置，可以对电机的转速进行灵活性调控，而且其制动性能良好，适用性强，在热电厂生产中得到广泛应用，成为电气传动发展的重要趋势。

1.2 特点分析

变频调速是一种新兴的调速技术，而且因为其良好的应用性能，在未来具有较大的发展前景。在实际应用中，变频器主要是在三相异步电动机上发挥调速作用[2]，而且其应用优势较为明显，可以发挥较好的节能效果，其节能效果可以达到50%;低压变频器的调速范围较广，制动性和启动效果很好，能够确保软启动、自动平滑加速、快速制动功能的高效化实现;而且低压变频器还可以在计算机系统的协助下对自身、电机、电路等实现远程操控和实时监测，尤其是在线路出现过压、过欠、过载、过流等现象时发挥良好的保护功能，自动发出故障报警，并自动停止运行，同时还可以对具体故障问题进行精准判断与显示。

在实际应用中，低压变频器的输入功率因数较高，产生的电流谐波较少，不需要安装谐波抑制设备;输出PWM波形，不需要安装输出滤波装置，可以与普通的电机进行连接，而且对电缆、电机绝缘不會产生损害，可以降低对轴承、叶片机械的震动作用。

1.3 选型标准

①负载类型。包含恒转矩、恒功率、风机水泵等类型。②电压。在对变频器的额定电压进行选择时，需要确保其与负载额定电压的契合性。③电流。在对变频器电流进行选择时，需要结合其电流值、功率为依据，保障电流的匹配性，尤其是针对那些高速泵电机、多级低转速电机，要严格选择。④转矩。在变频器驱动离心机负载时，需要较大的转矩，耗时较长，需要选择启动过载能力强、具有低频转矩补充功能的变频器设备[3]。⑤安装距离。对变频器与用电负荷之间的安装距离进行合理调控，如果太远容易出现电缆对地耦合电容现象，并降低变频器输出能力，因此可以在其输出端设置输出电抗器。⑥电压等级。变频器的电压等级受到功率器件电压水平、电流能力的影响，多数普通的变频器主要是利用串联方式发挥作用，这种形式容易出现线路安装复杂、费用高、稳定性不足等现象，市场发展空间较小，所以可以在低压变频器输出端设置输入变压器，以便对电平进行隔离，改善输入电流波形，并减少输出谐波。由此可见，需要对变频器以及电动机的电压等级进行合理选择。⑦机械设备的负载转矩特点。恒转矩负载中，其负载转矩不受到转速的影响，而且负载转矩始终恒定，负载速度增加，其负载功率也相应的呈现线性升高状态。恒转矩负载类型主要包含，传送带、搅拌机等摩擦负载，以及起重机、电梯等重力负载。为了能够对恒转矩负载进行有效驱动，需要变频器输出较大转矩和过载力，同时对异步电动机的散热性能进行综合考量，防止出现电动机过热问题。⑧接线。包含电机、制动电阻器、控制信号发送等电缆，需要选用两端屏蔽层接地的屏蔽电缆，并对动力线以及信号线进行分别设置;通过模拟量信号对变频器开展远程操控，降低相关设备的干扰，同时确保模拟量信号要与主回路、控制回路分别布线。

2 低压变频器在热电厂中的应用分析

随着社会经济的发展，日常生活生产中的用电量加大，对热电厂的生产能力提出了更高的要求。基于此，热电厂需要对低压变频器进行优化应用，既可以提高整体生产效率，也可以减少生产运行中的能源消耗，有效控制运营成本，满足社会经济发展对于用电需求的同时，也提高热电厂的经济效益。所以，需要对低压变频器在热电厂中的应用路径进行综合性分析，明确其应用要点，如在锅炉专业、汽车给水泵、凝结水泵、热网补水、锅炉风机电机等中的应用要点，保障其高效发挥功能作用，在提高热电厂整体运行效益方面做出重要贡献。在热电厂的生产过程中，低压变频器主要在风机、水泵、输送皮带类设备中进行使用，并发挥其调速控制功能，同时实现对异步电动机的自动控制和软启动。

2.1 锅炉专业的应用

当其下达调度指令后，首先根据调度指令对运行中的锅炉负荷进行调整，然后通过DCS向给煤机变频器输出相关指令，辅以风机、水泵系统输出相关指令，确保其按照指令要求对转数进行调节，只有这样才能确保负荷指令的切实执行。 在锅炉专业运行中使用低压变频器，可以发挥其保护功能，对电子负荷、堵转等问题进行及时保护，避免出现设备烧毁问题。同时还可以对设备系统运行过程进行实时监控，及时发现控制信号的异常情况，在发出故障警报的同时，停止运行。在出现电压异常、短路、高温情况下，也可以进行自动保护[4]。

2.2 汽机给水泵以及凝结水泵中的应用

在汽机给水泵中使用低压变频器进行控制，可以结合负荷的变化，对给水量进行有效控制，负荷要求大时，可以提高给水量，负荷小时，减少给水量。在此情况下结合给水量的不同，利用低压变频器对频率进行调节，避免了满出力运行的情况，减少电能消耗，提高热电厂运行效率。[5]在具体运行中，如果给水泵出现故障问题，需要备用泵自动替代进入到运行状态中。在这里低压变频器发挥其瞬停再启动、飞车启动等功能，可以有效降低运行成本。

2.3 热网补水中的应用

在热电厂运行过程中，需要在供热进程中对热网开展持续性补水作业，以便防止热网水资源消耗过大影响其安全运行。在以往的人工调控中，往往需要结合热网回水水压情况，对软化水泵进行频繁的停运、启动操作，这样不仅降低生产效率，频繁的启停冲击更容易引起安全事故。利用低压变频器进行调节控制，可以结合生产需要对热网回水压力进行设置，以此来对回水的实际压力进行有效性调节，保障热网的及时补水，提升整体系统的生产效率。在特定情況下，可以利用一台变频器拖动两台电力设备的作用，充分发挥其调速控制功能。在使用变频器对电机进行变频调节时，需要在出口位置设置双头闸刀，从而保障运行安全性。

2.4 锅炉风机电机的调节控制

在锅炉的运行过程中，由于燃料构成、热负荷、电负荷等往往会出现很大的差异性，因此在锅炉燃烧中所需的空气量也不尽相同，前后变化较大。基于此，在对锅炉风机进行设计时，通常是以锅炉最大出风量为指标进行设计，由此可见风机风电的配置功率较大，如果不对其进行合理控制，锅炉低负荷运行时，会出现严重的能量浪费，甚至出现风道共振，引起严重的安全问题。利用低压变频器对风机电机进行控制，可以利用其软启动功能进行远程操作，并实现良好的变频节能效果。在锅炉引风机、送风机、一次风机等运行中，需要保持其连续性，而且需要结合负荷的变化对频率进行随时调整，在此环节中可以充分发挥低压变频器的瞬停再启动功能，锅炉高负荷时，通过一拖一的方式对变频与工频进行自动互切，保障风机的安全可靠性运行。

3 低压变频器应用中的技术改造要点

在热电厂生产过程中，有效使用低压变频器并通过节能技术改造，可以增加其经济效益，降低能源消耗，促进生态效益和社会效益的提升，推动热电企业生产技术水平的创新与优化。

在技术改造时，需要结合生产设备类型、功能的不同，选择合适的变频器，确保其特性与生产需求相适应。在对锅炉风机变频器进行改造时，需要保障其提速、降速特性与燃烧工艺特点相契合;此外，在技术改造中要强化安全管理和控制，减少变频器安全故障的发生，保障锅炉供气的安全性和可靠性，尽量安装工频-变频手动切换旁路系统，避免使用自动旁路;在对变频器进行改造完成后，需要对风机运行情况进行时刻观察，及时发现扭曲共振现象，可以增加频率跳跃功能，可以有效规避共振点、软连接等，减少安全事故的发生几率;要对变频器、电机采取科学合理的散热措施。

对脱硫冷热换热器传动装置进行改造，减少了电动机启动对电机的冲击损害，并强化了泵与风机的自动控制效果，降低转速的同时，减少了泵与风机叶轮、轴承的冲击与磨损，延长设备使用寿命，减少能源消耗，节能效果明显提升，促进电厂经济效益的提升。改造后的脱硫冷热换热器变频器接线方式如图1所示。

由此可见，为了进一步提高低频变压器的运行效率，最大程度上发挥其在热电厂生产中的功能效果，真正挖掘其节能降耗优势，需要结合热电厂的实际生产需求和生产特点，同时对生产设备、技术、工艺等进行分析，从而制定针对性、适宜性、有效性的改造技术，有效提升低压变频器的运行效率，减少整体生产能耗，促进经济效益、生态效益的提升。

4 结语

综上所述，随着电力电子技术的高速发展，我国变频器技术、性能迅猛提升，在风机电机、水泵类负荷调节中得到了广泛的应用，尤其是在热电厂生产中的应用，体现了良好的节能降耗效果，不仅提升热电厂生产工艺水平和产品质量，而且减少了生产过程中设备冲击与噪声，避免设备损耗，可以延长设备使用寿命，提升生产效率。低压变频器的调节控制作用，可以对热电厂的机械设备进行简化，使用更加人性化的调控模式，促进生产设备功能的完善与优化。同时低压变频器在使用过程的费用较低，经济回报效益较高，在电力、纺织、化工等行业具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 孙洪旭，张银东.提升低压变频器综合抗“晃电”能力的研究与技术实现[J].电气应用，2021，40（12）：93-97.

[2] 时研.长输供热系统泵站变频电机电压等级的选择[C]//2021供热工程建设与高效运行研讨会论文集，2021：569-571.

[3] 冯乐，王奋中，张军锋，等.低压变频器晃电跳闸原因分析及抗晃电方案探讨[J].氯碱工业，2020，56（9）：15-17.

[4] 刘先俊，刘云胜，卢路，等.一起低压变频器异常运行分析及预防措施[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2020，25（1）：62-65.

[5] 谌云临，邓云晖.低压变频器抗晃电方案的应用与探讨[J].电器工业，2020（Z1）：95-98.

收稿日期：2022-02-23

作者简介：于旭光（1981—），男，山东平度人，本科，机械电气工程师，研究方向：小热电电气运行、电气设备维护、风机水泵等转动机械节能及可靠性。