火电厂变频技术应用分析

火电厂变频技术应用分析

李鹏远 刘秀伟 姚壮辉 刘健 刘建业

华能沁北发电有限责任公司 河南济源 459000

摘要：变频生产技术是一种应用于现代火电企业的生产环节中的新型生产方法，它主要集成了发动机传动技术、电子技术和计算机系统。该技术具有很强的自动调节能力，广泛应用于各种强弱化生产和高压电流机的运行。在实际的应用中，人员可以利用该装置来实现强弱电流的有效组合。变频器的控制技术主要就是将相应的半导体器件接收到的功率和电流信号转化成相应的频率，以直流形式发送相应的功率和电流信号，通过逆变器来控制相应的电压和输出的电流。

关键词：火电厂；变频技术；应用

引言

近些年来，随着电力电子技术及控制技术的飞速发展，变频器的应用得到了迅速的发展，相较于传统的工频运行方式，变频运行具有显著的节能降耗效果。为了提高机组运行的经济性，新建机组大功率的泵和风机大多采用变频技术，许多在役机组为了降低厂用电率，也进行了变频改造。

1变频技术应用原则

一般来说，在火电厂能源规划中，为了避免设备运行故障，变频技术不需要设计机电工程能源，设备和机器也可以在总负荷下长时间连续工作。变频技术旨在确保火电厂生产中的能源需求，并将运营产生的能源消耗降至最低。变频技术主要由汽车传动技术、能源电子科学技术及计算机控制科学技术构成。因此，变频器的技术被认为是一种强电与弱电相互结合。变频器技术在我国火电厂中的实际应用原理大致可以简单地概括表达为:通过一个半导体器件来帮助操作系统进行转换，把工频信号直接转换成其他频率信号，然后把交流电源的输入频率深度转换成直流。通过反向助力有效地控制直流和电流的输出电压我们可以清楚地看到，变频器技术在我国火电厂中的实际应用已经呈现出了与柴油发动机的转速和频率同步递减而且正相关的发展趋势，电流和频率控制的增加，而电极速度的调整也有效地促进了火电企业的运营。产业发展过程中，变频技术占据着主要地位，因为在许多方面，变频技术都能提供很好的支持，比如在调节发动机的转速快慢，确保机器工作时的稳定性，在一定程度上也会提高生产工作效率，降低生产成本和企业能耗。

2火电厂变频技术应用

以下内容主要阐述了变频技术在凝结水泵中的实际应用情况：

2.1除氧器液位控制

除氧器是连接凝结水系统和给水系统的重要设备，主要用来去除锅炉给水中的氧气和其它杂质气体，保证给水品质，防止和降低锅炉给水回路中设备的腐蚀。除氧器液位是机组安全运行的重要参数。除氧器液位是进出除氧器的给水流量和凝结水流量的平衡标志。除氧器液位偏高会导致汽轮机跳闸、还可能造成真空系统不能正常运行；除氧器液位偏低会造成凝结水泵跳闸，严重危及机组安全运行。除氧器液位调节系统，通过调节凝结水变频器或除氧器上水调节阀，保证除氧器的液位在正常范围。在变频器正常工作时，由变频器调节除氧器水位，当变频器故障切换至工频运行时，由除氧器上水调节阀维持除氧器水位。

2.1.1变频调水位

凝结水泵变频器控制除氧器水位设计了单冲量控制回路和三冲量控制回路，并可以根据负荷大小进行两种调节方式的切换。低负荷时，采用单冲量调节方式；当机组负荷升高后，单冲量控制难以保证调节品质，通过设定负荷点无扰切换至三冲量控制。凝结水泵变频三冲量控制中以凝结水流量作为副调节器的被调量，引入总给水流量信号作为副调设定值前馈信号，实现锅炉给水流量和凝结水流量之间的平衡，在升降负荷时前馈作用起到超前调节的作用，可以有效减少液位的波动，提高系统应对负荷变化的能力。凝结水泵变频单冲量控制采用PID变参数方式，除氧器水位偏差变积分时间，锅炉给水流量变比例。实现动态调整调节器作用强弱，增强变负荷适应能力。

2.1.2除氧器上水调节阀调除氧器液位

除氧器上水调节阀原理与凝结水泵变频器调节除氧器液位原理相同。除氧器上水调节阀控制除氧器水位采用三冲量控制方式，主调节器对除氧器水位偏差进行校正，副调节器在接受除氧器水位偏差校正信号的同时，还接受锅炉给水流量和凝结水流量信号，锅炉给水流量作为三冲量控制的前馈信号，凝结水流量作为副调节器的被调量，增强了系统变负荷适应能力。

2.2凝结水压力调节系统

凝结水泵出口压力对凝结水系统用户的稳定性有明显影响，凝结水泵出口压力过高容易造成精处理器等设备的损坏，而过低则会导致系统失稳，此外，汽蚀导致的凝结水泵出力不足现象时有发生，凝结水泵出口压力是凝结水泵汽蚀判断的指标之一。因此，凝结水泵出口压力的稳定性具有重要的意义。凝结水压力调节系统，通过采用除氧器上水调节阀控制凝结水泵出口压力。当机组投入凝泵变频控制除氧器水位时，可以投入该控制回路，在保证除氧器水位控制品质的基础上，将凝结水泵出口压力控制在一定范围内能够提高机组运行的经济性。该回路采用PID定参数方式，在“先安全、后经济”的原则下，针对出口压力偏差值配置了被调量偏差函数，实现动态调整调节器作用强弱。当凝泵出口压力值处于较高值时，为了减小出口压力调节对除氧器水位的扰动，通过配置被调量偏差函数减弱调节器作用，当凝泵出口压力值低于设定值时，为了保障机组运行的安全性，增强凝泵出口压力调节器的作用。

2.3液位控制模式和压力控制模式的切换

凝结水压力调节系统，在凝结水泵变频投入自动后，通过调节除氧器上水调节阀实现凝结水压力控制,并设计在变频自动情况下，凝结水泵母管压力小于定值时闭锁凝结水泵变频减。逻辑上设计了凝结水压力控制和除氧器液位控制的模式切换，液位模式和压力模式切换时，应设计跟踪回路，实现无扰切换。具体切换原理如下：

1）当凝结水泵变频器和除氧器上水调节阀均投入自动时，除氧器液位由凝结水泵变频器自动控制，凝结水压力由除氧器上水调节阀自动控制。

2）当由于变频器故障进行工频、变频切换时，变频器会自动进入手动状态，此时自动切换为除氧器上水调节阀调节除氧器液位。

结语

火力发电采用变频调速技术，已充分显示出其优越性，并逐步替代了传统的调节方式，是目前电厂电机节能改造、保障主机安全运行的最为有效的方式。变频调速系统可以进行定制的设定、控制器的投停、主机保护、调速系统自检、事件记录等功能，并且减少了发电厂的设备运行维护、检修费用，缩短了停产周期，节能环保，经济效益十分突出。在新电厂建设和老旧电厂改造中，变频器将在保证系统稳定运行，节能降耗和调速方面具有更为广阔的应用前景。

参考文献

［1］王廷才．变频原理技术及应用［M］．北京:高等教育出版社，2017．

［2］石秋洁．变频器应用基础［M］．2版．北京:机械工业出版社，2019．

［3］胡斌，张红梅．渤海湾发电厂200WM机组凝结泵变频器的应用分析［J］．科学论坛，2019(10):54－55．

［4］李会祥，王英彬．热电厂风机高压变频器节能改造分析［J］．山东工业技术，2018(1):57－59．

［5］刘祖茂．低压变频机在湛江发电厂中的应用［J］．机电工程技术，2019(4):84－87．

［6］李智福．浅析热电厂技术改造过程中变频器的使用［J］．仪器仪表与检测技术，2018(6):54－56．

［7］蔡晓烨，朱镜霖．凝泵高压变频器工变频切换改造相关问题讨论［J］．电力与能源，2017，38（4）：483－486.

［8］周峰．凝泵变频器关键技术分析及运行维护注意事项［J］．机电信息，2019（26）：85－87，89.

［9］陈志秋，傅斌．超临界600MW机组凝泵的变频节能改造［J］．电力与能源，2016，37（3）：359－362.