摘要：对变频器和电机调速原理进行分析，介绍变频器内部结构和控制方法，并对控制方案优化改造进行设计，阐述变频器改造方案在火力发电厂中应用。
关键词：火力发电厂；变频器；节能降耗
随着国家大力提倡走节约型发展之路，做到珍惜资源、节约能源、保护环境、可持续发展。目前国内仍然以燃煤电厂为主，怎样在火力发电厂来落实和贯彻减能、增效的方针政策，大力促进火力发电厂节能技术应用是一个值得探讨的问题，而实现节能的唯一途径是推广应用各种新技术、新工艺、新装备和新管理。
一、火力发电厂的能源消耗现状
1.火电厂中的主要系统中的风机和水泵通常采用的是定速驱动，阀门式挡板调节。这种定速驱动的水泵和风机在载荷变化的时候，只是采用出口调节装置来达到控制流量的目的，以此来实现对系统进行控制的需要。但是风机和水泵在低负荷的时候由于采用的是额定功率、恒定速度，这些设备的运转也处在较高消耗的状态下，所以即使工作的载荷很小，其能源消耗也没有明显的减产、，自然也就造成了能源消耗，造成浪费。
2.在运行过程中，设备的效率较低。从实际运行的效率上看，发电机组的载荷是时时改变的。由于系统负荷是动态变化的，所以水泵和风机在运行上偏离高效点的情况较多，只要出现载荷变化就会让其偏离最优的运行区间，这就会让运行的效率降低，直接导致了能源的浪费。
二、高压变频器工作原理
我们知道当交流用电设备的供电频率发生变化时，与频率成正比的功率将随之发生变化。频率高则功率大；频率低则功率小。所以变频调速装置即变频器就是基于这个原理，将固定频率的交流电变化为频率是连续可调的交流电。根据负荷的变化，通过调整风机、泵类、压缩机等有电设备的输入频率，调整风机、泵类、压缩机的转速，使被控风机、泵类、压缩机的出口流量随负荷的变化而变化。在满足不同负荷需要的情况下，减少用电量的损耗，提高用电率。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场革命，即交流调速取代直流调速、计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果、广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。
三、变频器在火电厂中应用对节能降耗的意义分析
1.节约能耗。电厂变频改造中主要的改造对象就是电动机和各类水泵，其改进的工作原理如前，具体的计算因子为异步感应电动机转速为n，电压频率为f、转差率s、电机极对数p，其关系为n=60f（1一s）/p。改变电压频率f就能够改变电动机转速。例如：凝结泵对于转速要求的精度不是很高，在异步感应电动机的设计和制造完成后，实际的工作中由于负荷的变化，转差率会出现一定的变化，但是变化幅度极小，因此在运行中可以将电机的转速和变频器输入的电压频率看成是一种线性关系。所以将频率不变的工作网络电压变为随着负荷变化频率的电压时，电机的转速也会跟着变化，假定变频前，凝结泵电机始终处于1 00％的工作负荷下，调节凝结器和除氧器中的水位，即凝结泵的出水量完全依靠调节出口的开闭程度来实现阻力变化。当水量减小的时候，减小阀门的开度，忽略泵机和电机的变化效率，电机功率变化不明显。在采用变频调节装置后，当水量减小时，通过变频调节电机的转速降随着流量减小，电机的功率当然也就随之降低，这样就实现了节能的目的。
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2.保护设备减少电机启动的冲击损耗。电机在直接启动的时候，最大的启动电流一般为额定电流的7倍，星角启动也可达到4．5倍，即使是利用电机软启动器也会形成2.5倍的电流。而对变频改造后的电动机进行测试，其启动的负荷曲线，电流在启动过程中基本没有过大的冲击，电流只是随着转速的增加而从零开始上升，但最终都没有超过额定电流。因此在实际的使用中变频器可以解决电动机启动电流过大造成的对设备的瞬间；冲击问题。实践证明着可以降低设备所承受的冲击应力，大大j降低了设备的目常维护工作和费用。
3.延长了设备的使用寿命。在机电设备的使用中长期的定速运转无疑是对设备的最大伤害，而且负荷的变化也会造成轴承的损伤。变频器实现了电动机柔性控制，使得其速度变化缓慢而低速，所以可以让轴承承受的应力降到最低，无疑可以延长轴承的工作寿命。同时机械的寿命和转速的倒数成正比，减低电动机转速就可以成倍的提高电动机的使用寿命。
四、变频器改造方案在火力发电厂中应用
1.变频器选型。该厂循环水泵的功率在１９００ｋＷ，额定电流为２２９．５Ａ，为了能够确保变频器具有完善功能和后期维护方便，对于变频器的选择满足：高压变频器一切的内部组件均采用内部连线方式，保留输入、输出、电源、控制信号接口，一般情况下将高压变频器串联在高压开关柜和高压电机之间；所选变频器满足国内电网使用，能够在－１５％～＋１５％电源波动情况下继续工作，当发生瞬时断电时，５个周期内仍能够满载运行，丢电２０ｓ之内不会发生停机；具有较高的功率输入因数，不需要额外添加功率补偿装置；不会对电网造成谐波污染；不需要过滤装置即可输出阶梯正弦ＰＷＭ波形；不会损害电机或者电缆绝缘性能；采用模块化设计，操作简单，便于维护；拥有故障监测和故障报警功能；内置ＰＬＣ控制模块，方便逻辑控制关系改变，能够实现控制和开环控制；能够接收４～２０ｍＡ工业标准信号，拥有完整变频器参数设定功能。
2.改造方案后预计达到效果。通过对其他电厂循环水泵变频改造后节点的统计中可知，能够让循环水泵节能９％左右。对于功率为１９００ｋＷ的循环水泵，电价成本按照０．３５元计算，一年节省６０００ｈ来进行计算，节省的电量为１９００×９％×６０００＝１０２．６万ｋＷｈ，能够节约的费用为０．３５×１９００×９％×６０００＝３５．９１万元。从计算结果中可以看出，变频器改造后的机组不仅能够完成节能降耗的目的，还能够节约成本，提高经济效益。
3.改造后的结论与建议。（１）机组在经过变频器技术改造后，循环水泵把转速降低，功率与转速三次方成正比关系，自然使得功率降低，在其他火力发电厂改造后运行统计中知道，能够节约大概９％的电量。从计算结果中可以看出，通过变频器改造后的机组不仅能够完成节能降耗的目的，而且还能够节约成本，提高经济效益。（２）经过改造后，可以通过调节循环水泵转速使得系统能够在接近额定的状态下运行，因为转速的降低和启动缓慢，延长了循环水泵内部许多零部件使用寿命，同时也减轻了对管道的冲击，使得管道维修次数减小，维修成本下降，维护费用降低。（３）因为在调速系统中运转设备之间采用计算机联锁控制，机组能够自动完成运行，当发生故障时也能够自动报警，原先的操作人员将重点工作由手动操作转移到监控运行上来，从而使得工人劳动强度下降，提高生产效率，且设备运行更加优异。（４）在应用变频器对循环水泵进行控制，采用软启动方式进行控制的情况下，电机启动将会远远小于额定电流，且启动时间变得更长，对于电网的冲击力下降。
变频器的应用帮助火电厂改善了电动机的工作状况，实现了节能源消耗，正逐步成为电厂节能降耗的重要元件。
参考文献：
[1]江燕．变频器在交流电机调速系统中的应用［Ｊ］．科技资讯，2016（６）：２７－２８．
[2]陈米．模糊控制在电机变频调速系统中的应用［Ｊ］．电机与控制应用，2016，３９（８）：５５－５８．
论文作者:李旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：变频器论文; 电机论文; 转速论文; 水泵论文; 火力发电厂论文; 电动机论文; 功率论文; 《基层建设》2019年第18期论文;