（长沙理工大学电气与信息工程学院 517000）
摘要：本文围绕发电厂中的变频调速技术进行讨论，对应用该技术以后电动机的变化情况加以分析，希望能够对发电厂技术应用水平的提升有所帮助。
关键词：变频调速技术；发电厂；应用
随着科技的发展，变频调速技术的应用越来越广泛，在节能方面发挥了巨大的作用，但将其应用在高压电动机当中具有一定的困难，也因此，需要对该项技术在发电厂中的具体应用进行研究，而这也是电力领域实现可持续发展必须要面对的问题。
一、浅析变频调试技术应用以后电动机温度升高问题
（一）应用变频调速以后电动机温度升高的原因
1、进行变频改造以后电动机的温度情况
某电厂机组锅炉引风机配备的异步电机在使用变频调速技术改造之前，主要使用的是工频的方式进行启动和运行，根据运行记录发现，当环境温度达到37℃时，其定子线圈最高会出现52℃的温升，而国家相关标准规定B级绝缘温升应在60℃以内，因此，该运行方式符合国家规定，能够保证安全运行，但在采用变频调速技术对吸风机进行改造以后，产生的最高升温为69℃，与国家要求不符，会严重损坏电机当中的绝缘材料，为了对电机的运行安全加以保证，只能对电源旁路加以使用，继续使用工频运行。
2、浅析电机运行发热问题
运行过程中的电动机会出现发热现象，发热源包括电气类型的和机械类型的，机械发热主要是由电机转动部件经过机械磨损而产生的热量，由电流及电能转换产生的热量即为电气发热，从设计原理的角度来看，实际上电机就是一台相对特殊的变压器，在通电运行时，其中的有功、无功能量会进行传递和转换，在这个过程中损耗问题是不可避免的，受到损耗问题的影响，电动机自身的功率因数通常会在0.9以下，转换能量消耗越高，电机的工作效率就越低，而被消耗的效率会以热能的形式在电动机本体当中进行释放，导致电动机内部部件的温升被提高，如果散热条件不发生改变，功率损耗越多，电动机部件所产生的升温也就越高，通常在电动机转子轴部分会设置冷却风扇，其风扇转速会随着电机转速的变化而变化，导致电机当中的空气存在不同的流动速度，而这也是与变压器最大的差异。
在电动机处于工作状态时，主要会产生激磁损耗、机械损耗、铁损耗以及铜损耗等，在应用变频调速技术以后，会降低电动机的转速，机械损耗也会随之下降，激磁损耗则基本不会发生改变，而转子铁和定子铜损耗是造成电动机温升过高的主要因素，铜损耗主要是因为定子线圈本身具有直流阻值，在交流电源经过线圈时就一定会出现损耗问题，电机负荷决定了损耗量的大小，在电机铁损耗方面，除了基本损耗还包括附加损耗，消耗量会受到磁密度的硬性。在进行理论计算的过程中，会假设定子与定转子没有槽，铁芯当中的磁密度为正弦波变化，幅值不发生改变，并不会对电机的发热造成影响，能够造成电动机附加铁损耗的因素有很多种，具有一定的复杂性，采用理论计算的方法较为困难，所以基本不会应用这种计算方法，一般会参考厂家提供的损耗比例进行计算。
电动机温度上升，往往是由电动机自身性能损耗决定的，当然也包括一些外在因素。例如，原有的电动机冷却设备效果和性能，在变频器低于工频的输出电源频率时，会降低电机的转速，而散热系统又是与转子进行同轴固定的，降低电机转速，其散热能力也会随之降低，导致电机内部散热受到影响，在电动机当中使用变频调速技术，基本都是控制电动机的转速，由于气隙当中的磁通量能够对附加损耗产生巨大的作用，如果电动机转速下降，那么其附加损耗会有所增加。
3、谐波效应
电源在通过变频调速器完成频率变化时，由于变频器在进行电能转换时产生了一定的整流逆变电路，导致变频器当中的输出电源存在谐波，这种谐波会使附加损耗被增加，在使用变频器对吸风机电机进行控制以后，需要通过专用的测量器具对变频电源当中的谐波进行测量。
4、谐波的控制方法
在交流电机处于满负载状态时，采用变频调速技术引发的谐波效应，会比工频产生的发热更为严重，容易导致电机出现转矩脉振，影响工作效率，案例电厂锅炉吸风机在配备方面的容量裕度为5%，采用变频调速技术进行改造以后，为了对谐波效应加以控制，该电厂将变频器的电压输出频率设定在50Hz，并运行4h以后，对定子线圈温度进行测量，比工频运行的温度高3℃，所以，对电机的容量适当的增加，使其裕度得到保证，能够使高次谐波造成的电动机发热得到有效的控制，不过想要将电动机谐波影响有效解决，最根本的办法就是对变频调速系统进行不断的优化，使谐波量尽量减少[1]。
（二）降低电动机升温的方法
1、降低变频电机温度的常用措施
根据上述分析发现，在使用变频调速技术进行电机改造和运行时，其附加的铁损耗和铜损耗都会有所增加，从而提升定子绕组的温度，在理论上可以应用以下办法对电机的温度进行控制。第一，将短距线圈加入到电子线圈当中；第二，在转子铁芯当中设置斜槽；第三，对原电动机的齿槽进行调整，使转子产生的附加损耗能够低于基波电流损耗；如果采用这些方法对电动机进行降温处理，具有较大的电动机改造量，用户难以自行完成改造，如果由生产厂家进行定制，则需要投入较高的成本，所以这些方法的可行性有所欠缺。
2、提升气隙温升控制的可行性
结合实践经验，发电厂当中的高压电机对启动转矩要求较高，主要应用鼠笼电动机，但由于不是定制生产，出厂时的电动机转子鼠笼条都是根据工频运行方式进行的间隔设置，将变频调速装置应用到电动机当中以后，如果系统频率低至某个频率段时，那么电机的磁势也会发生改变，会在一定程度上加大谐波磁势，从而加大电机附加损耗，在该损耗大于电机铜损耗时，就会导致电机温度的上升。
我们可以假设转子电流为零，在定子线圈接通电源以后，产生电流为l0交变电流在磁路感应中产生磁通，在气隙经过主磁通时，在转子线圈当中就能够发现感应电势，其磁势即为基波磁势，经过具体研究发现，电动机的气隙和激磁电抗之间具有一定的相互关系，气隙减小高次谐波所造成的附加损耗会随之增大，如果对电动机气隙进行扩大，增加冷却介质流量，降低附加损耗，在两方面作用下，都能够达到电动机降温的效果。
3、调整电机气隙的具体措施
案例电厂当中的吸风机电动机转子和定子设置均未发生改变，都是以出厂配置为主的，所以其空气间隙自然也是固定的，采用相关测量工具对电动机两端的气隙数据进行测量，在定子结构不变的情况下，对电动机的转子配置进行改造，改变电动机转子和定子间的气隙，完成改造的转子更换以后，对电动机两端进行重新的测量，发现改造之后的电机气隙平均增大了0.8mm，与原来相比提高了18%。在具体改造中发现，在变频器频率输出为48Hz时，与转子改造之前相比，电动机温度降低了6℃，这也说明增大气隙以后，确实可以降低电动机的温度，但其间还存在着新的问题，即将转子和定子间的气隙增大的以后，电动机的低频运行温度能够得到有效的控制，但如果电动机运行处于工频电压状态，电动机的温度会大于改造以前的温度，主要是因为改造转子以后，转子与定子间气隙的增大会增大电机的空载电流，使电机空载损耗被增大[2]。
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二、应用变频调速技术对电动机保护的影响
（一）工频状态下电动机继电保护状态
1、超保护
在电动机当中设有温度感应元件，此类元件会将测电机温度进行电信号转换，反馈给保护装置，而保护装置当中会设有门槛值，在电机内部温度高于门槛值时，就会产生报警信号并将电源切断[3]。
2、热敏元件保护
热敏元件保护是一种电流保护，通过对双金属热继电器热效应的应用，在定子电流出现过电流时，热继电器就会产生动作，将电源切断，其中的动作时间和定值是可以进行调整的。
3、过电流保护
通过惯性熔断器或过电流继电器的应用，使装置具备反时限性，电流越大，反应时间反而越短，能够对电动机进行有效的保护，允许电动机长时间处于小电流状态运行[4]。
4、低电压保护
在电机电源较低时，由于要保证正常运行，会在电动机当中产生较大的过电流，甚至会直接烧毁电机，对低电压保护进行设置，在电压幅值降至整定值时，会将电源直接切断，并产生报警。
（二）变频调速后电机继电保护配置
对电动机使用变频器控制以后，电动机当中的电流从零开始，并逐渐上升至额定状态，不会像工频启动那样出现数倍的过电流，而且变频器本身就具备一定的保护限制能力，如果电流大于设定值，变频器能够在内部进行关闭，将电流切断，所以，在使用变频控制以后，可以适当简化电动机的保护功能，在电动机受到其他因素影响跳转值工频运行状态时，保护装置也因恢复到原有的保护定值[5]。
（三）高压电动机的变频运行保护
1、绕组保护
应用变频调速技术以后，电机当中大部分保护配置都不需要进行改变，包括过电流保护、零序电流接地、电流速断保护、热保护以及温度保护等保护配置，都可以与原有工频状态一致[6]。
2、低电压保护
当系统当中的电源电压偏低时，可能会引发电动机过流问题，还可能会导致变频器工作不正常，当电压达到保护定值时，会直接将电源开关跳开，并且是无延时动作，在此过程中会联动变频器。
（四）变频器保护
在变频器完成出厂时，其内部就引进进行了保护装置的配备，在变频器出现低电压或变电器等异常运行状态时，可以通过计算机对计算系差别系统和数据采集系统进行识别，为了对变频器进行有效的保护，变频器会自动降低输出或是停止运行，而这些功能都是固化在出厂程序当中的，电路与控制板电路是连在一体的，无法在现场对其进行改变[7]。
1、过载保护
变频器在过负荷状态长时间进行电流输出导致输出超过设定值，且超过时间较长时，为了避免变频器的电路板和内部元件被损坏，变频器就会停止运行，这种过流方式与电力系统当中过负荷保护相似，都是对反时限特性的有效应用。
2、再生过电压
电动机在应用变频调速技术以后进行快速停车时，会产生一定的再生功率，增加内部电路电压，为了对变频器本体进行有效的保护，需要进行定值的设定，如果电压高于定值，变频器会将电源开关关闭，停止运行[8]。
3、速断保护
在变频器的输出端出现短路问题时，经过变频器的电流会发生突变，达到设定值以后，变频器会立即切断电源停止运行，在变频器中的整流器电流高于设定值时，同样会促发速断保护[9]。
4、接地保护
如果变频器设备出现单相接地状况，应立即停止运行，避免设备损坏或出现漏电问题威胁工作人员的人身安全。
5、停电保护
如果系统当中存在失电现象，为了避免电源突然出现，导致内部电压瞬间提高对设备造成损害，要求立即将变频器停止，在电源处于正常状态以后再采用手动操作形式启动运行。
6、冷却风机异常问题
对超温保护进行设置，在冷却风机出现故障时，由于冷却设备功能丧失，会导致变频器的温度快速上升，在温度达到设备定值时，需要关闭变频器，避免电子电路板受到损害，可以在冷却风机上设置报警装置，在出现故障以后能够立即报警，引起相关人员的注意，使问题得到及时的解决[10]。
结语
在电厂当中应用变频调速技术，能够使电源的频率发生改变，将这种电源应用在电动机当中能够实现电动机转速的调节，产生节能的效果，该项技术在低压电动机当中的应用十分广泛，而且具有显著的节能效果，但在高压电动机方面还处于开发和研究阶段，还需要相关人员对其进行深入的研究，使变频调速技术在电力领域的应用效果得到进一步的提升。
参考文献
[1]施增广.关于垃圾发电厂变频调速技术的应用探讨[J].低碳地产,2016,2(12):455-455.
[2]吴婷.高压变频调速技术在发电厂节能方面的研究与应用[J].电子世界,2013,5(16):33-33.
[3]张文国.变频调速技术在发电厂的应用[D].山东大学,2013.
[4]王运生.变频调速技术在火力发电厂引风机中的应用[J].科技风,2017,9(3):138.
[5]周忠鲲,徐秀国.高压变频调速技术在煤泥发电厂的应用与推广[C].//全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第十一届年会暨第三届中国循环流化机床燃烧理论与技术学术会议论文集.2013:853-856.
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[7]刘海洋.高压变频调速技术在发电厂节能方面的研究与应用[J].科学与财富,2016,8(6):72-72.
[8]陈湘.变频调速技术在垃圾发电厂的应用研究[D].湖南大学,2014.
[9]任英.高压变频调速技术在发电厂中的应用[J].上海电气技术,2013,05(3):59-62.
[10]任英.高压变频调速技术在发电厂中的应用[J].电气传动自动化,2013,35(4):36-39.
论文作者:冯国宝
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/28
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