基于高压变频器工变频在线切换优化策略分析

基于高压变频器工变频在线切换优化策略分析

陆广 

国投钦州第二发电有限公司   广西钦州 535008

摘要：近年来，高压变频器在各领域得到了广泛应用，电厂亦是如此，其在保障设备运行与节能方面具有重要作用。本文在简述变频器相关原理与工变频切换的基础上，以某电厂为例，从优化前高压变频器状态、优化措施与优化后的具体状况三个方面深入研究了高压变频器工变频在线切换的优化策略，以保障相关设备的正常运转。

关键词：工变频；高压变频器；电气设备

前言

采用高压变频器可以起到节能增效的目的，从火力发电生产工艺的角度来说，以上系统的电机需要连续运行，借助高压变频器在线切换可保证运行中变频器发生故障时风机不会出现停运，仍能够正常运转，避免重要辅机跳闸引起机组RB保护动作的情况发生。但是，变频器的工频/变频在线切换具有较大风险，因此需从电气控制回路与变频器内部逻辑角度对其切换进行优化，提升其可靠性。

1变频器

变频器能够改变电流或电压的频率，从而使得交流异步电动机转速得以改变，作为一种电能控制装置，主要利用了电力半导体器件的通断作用，能够把工频电源向另一种频率的电源转变，且输出频率连续可调。变频器分类比较复杂，从数学模型的角度来看，变频器分为直接转矩控制、频差控制与V/F控制；从控制方式的角度来看，变频器分为PAM和PWM；从电源类型的角度来看，变频器分为电流型与电压型；从工作方式的角度来看，变频器分为交—直—交变频器与交—交变频器；从电压等级来看，变频器分为低压变频器与高压变频器。本文主要对高压交—直—交变频器进行分析。

我国对于变频器的使用开始于20世纪90年代，近几年运用较为普遍。变频器对设备的启动特性、节能效果、设备工况运行调整等有着突出的优势，目前，在我国各领域均得到了广泛利用，尤其是纺织、石化、采油、有色金属、钢铁、建材以及发电行业等。

2工频—变频切换

在正式运行的过程中，部分关键设备一旦出现故障停机将给单位造成严重经济损失，在此情况下，如果该设备为变频器拖动，则在出现变频器跳闸停机状况时，应立刻把电动机切换至工频电源。除此之外，运用变频器拖动能够达到节能的效果，而在变频器处于满载输出状态时，其节能效果无法得到发挥，应将其切换为工频运行，或对变频器切换逻辑进行优化，使变频器运行中故障情况下，具备在线由变频自动转为工频运行的功能。

3优化前高压变频器工变频在线切换情况

3.1高压变频器概述

本文所研究某电厂凝结水系统凝结水泵为例，经优化，设备具有较好的节能效果，凝结水泵每小时能够降低240.43元的电能消耗，凝结水泵一年能够降低200.73万元的电能消耗。经检查，该单位的高压变频器在安装运行的三年时间发生故障次数为4次，均为控制回路、变频器散热风机故障或变频器模块故障，在故障发生后，都能够成功由变频切换工频，保障正常运行，成功防止了机组给水设备跳闸，机组被迫停运的事故。但是，在变频器故障进行检修完毕后，无法保证其工频切换至变频操作的安全性与可靠性，因此无法在正常运行状态下进行工变频切换操作，只能将辅机停机后转为变频模式再次启动辅机运行，这无疑大量增加运行人员操作量，且需在负荷曲线具备条件下进行操作，此工况下单位设备的节能增效无法得到继续实现。在此情况下，对该单位的高压变频器工变频在线切换进行了深入研究。

3.2运行原理及改造

配备高压变频器，借助于高压隔断开关的切断，切换高压变频器至需要运行的凝结水泵，可拖动A或B凝结水泵进行变频运行，两侧凝结泵动机均存在工频旁路功能，当其中一台进行变频运行时，另一台可做工频备用，在出现故障时自动切换。

借助于变频方式的断开、闭合控制变频器的启停，因两台凝泵由一台变频器控制，在一台泵为变频方式时，另一台泵为工频方式，通过逻辑对凝泵工频运行方式与变频运行方式进行设计，在原系统上进行联锁与保护的增加。

在凝结水泵变频正常运行时，工频备用，强制除氧器水位达到95%位置，利用调整变频器输出频率改动凝结水泵转速，对凝结水泵到除氧器的上水量进行控制，进一步确保工作人员设定值范围的除氧器水位稳定。在出现水位波动情况时，借助DCS组态的串级回路进行转速指令的输出，串级回路包含除氧器水位、主给水流量、凝结水流量三个参数，指令至变频器后，凝结水泵对上水量进行调整，除氧器水位随之稳定。

4主要优化措施

4.1电气控制回路优化

在具体优化电气控制回路的过程中，首先要保证变频出线J2断路器以及工频旁路J3都存在电气闭锁功能，必须保证不发生同时闭合。将变频进线J1断路器和工频旁路J3之间的电气闭锁功能取消，使其能够发生同时合闸操作。其次，变频进线断路器J1的合闸操作可由DCS 进行控制。再次，在变频发生故障向工频切换时，J1柜接收到变频器发出的故障信号，中间继电器ZJ1能够得电，进而能够引发J1与J2跳闸线圈，同时延时回路继电器SJ能够得电，在延时继电器SJ进行了辅助触点闭合操作之后，可以引发中间继电器ZJ3能够得电，最终引发J3合闸回路导通，完成变频转工频操作。

4.2变频器内部控制回路部分优化

根据变频器相关器件的初始数据信息进行分析可以发现，单元柜与变压器柜各自具有2 台风扇，每面柜内部均进行了温度联锁与温度探头的设置，在出现任何风扇空开跳闸状况时，变频器均会自动进行切换变频为工频操作，防止风扇空开跳闸故障影响变频器的正常运转，借助于内部逻辑设置与二次回路更改，能够使变频器在2 台单元柜风扇或2 台变压器柜风扇同时空开跳闸电气设备温度超限时才出现变频切换工频操作。

4.3其他优化

首先，可从3s延长抗晃电时间至9s，按照高压变频器相关规定，在主电源断电状态下，变频器需在9s 内再次合闸后自动正常运行；其次，缩短7s的变频切工频时间至5s；再次，把高压变频器控制电源转为UPS供电；最后，把除氧器上水调阀指令调整为在变频切工频情况下开度自动关闭至35%。

5优化后实际切换情况

在进行变频器检修的过程中，优化DCS 逻辑、变频器逻辑与控制回路接线，优化高压变频器在线切换，具体数据如下表所示。根据相关数据可知，机组负荷率越低，节能效果越显著。

总结：近期各行业对节能、降本增效要求越来越高，作为节能的一项优越的手段，高压变频器发挥了重要作用。但是其相应的维护量、电气运行风险及运行调整操作风险有所增加。变频设备运行中应定期进行高压变频器切换试验，保障在线切换回路正常，在保障电机及相关设备正常运行的基础上，实现节能与降本增效。

参考文献：

[1]胡庭枝.高压变频器工变频在线切换优化[J].化工管理,2020(33):152-153.

[2]梁安江,张宝清.高压变频器工变频切换功能的研究与应用[J].电机与控制应用,2013,40(01):55-59.