高压变频器在电厂节能改造中的应用
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高压变频器在电厂节能改造中的应用
高压变频调速技术由于其巨大的节能作用在我国电厂得到了广泛的应用，与其它调速方式相比，其动态响应、工作效率等方面都要占优势，实践证明，高压变频技术在节能方面可以取得巨大的经济效益。
标签：高压变频器；电厂；节能改造
一、高压变频器的工作原理和使用特点
高压变频器是采用多台单相三电平逆变器串联连接，最终输出可变频变压的高压交流电。电机的转速满足关系式：
n=（1-s）60f/n=n0（l-s）
式中：
P—电机极对数；f—电机运行频率；s—滑差）
由上式可以得到，可以通过改变电机供电频率来改变电机转速，通过改变电机的转速可以实现该点电机的出力，改变负载的出力。
变频器本身由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。其中变压器柜是起到降压作用，将高压电降压再送至功率单元。功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出首尾相串。主控制柜中的控制单元通过对每一功率单元分别进行整流、逆变控制与检测，从而进行相应得整流、逆变调整，最终输出相应的电压及频率。
近年来电厂为了调峰，负荷调整频繁，对于厂内大型电机启停次数频繁，而电机启动电流通常为电机额定电流的6—8倍，电机启停成本比较高。另外由于电机启动时受到的冲击转矩较大从而影响电机使用寿命。
由于在转机低负荷下运行时，如引风机、循环水泵等功率较大电机负载节流损失较大，造成了电能的大大浪费。出于以上原因，高压变频器有效的解决了上述问题。在电机使用高压变频器后，使电机负荷调整范围变宽，当机组负荷较低时，可以通过降低电机转速的方式来降低转机处理，同时也避免了节流损失，避免了电机启动时的大电流和冲击转矩。
二、高压变频器的操作
（一）送点前检查
1）在高压变频器送电前要仔细检查周围环境，检查粉尘、温度和湿度是否
超标，通常温度要在0一40℃范围内，25℃左右最佳，湿度要小于95%，且不会发生凝结现象或造成水雾的出现；
2）要检查变频器进出电缆是否连接是否牢固，检查高压变频器的高低压电缆是否正常；
3）在高压变频器送电前要及时对变频器柜内进行清理，对变频器周围灰尘进行清理。
（二）高压变频器控制电源送电前检查
1）在高压变频器控制电源送电前要检查所有高压柜门关闭；
2）合上变频器控制电源开关；
3）启动UPS，键盘左边显示“POWERON”灯亮，这说明变频器控制电源已带电；
4）在控制电源送电后，检查变频器面板是否有电，或者有故障报警。若有，应检查是否影响运行，若没有则继续下一步；
5）在控制电源送电60s后，变频器键盘显示为主界面，故控制系统启动完成。
（三）变频运行
1）将旁路柜上开关K1和KZ合入，在合入前要检查K3在断开位；
2）变频器控制方式要‘Remote”，同时禁止将开关放在“Local，”；
3）合上高压变频器电源开关，检查键盘MODE下面显示OFF，表示变频器处于待机状态，此后由于高压柜已带电，所以严禁打开变频器高压柜门；
4）在高压柜带电后，要检查冷却风机运行是否正常、检查变频器进风口滤网是否堵塞，检查是否需要清洁滤网或更换备用滤网后方可进行下一步操作（用一张A4的纸，对折后，放在滤网上，看能否吸住）。
5）最后检查变频器面板无故障或报警；
6）可从远方运行变频器；
7）以上步骤完成后，电机处于变频运行状态。
（四）停机操作
1）变频器的停机操作主要包含有两种，首先是从远方停，可以正常停机，若用“Emer罗n呷（急停）”按钮停变频器，变频器停机的同时将跳高压；
2）若要进行以下操作，请先将变频器输入端高压开关断开；
3）按UPS停止按钮（和启动按钮为同一按钮）；
4）停38oV控制电，将“CDS1”（和CDS2）放在“开”位置；
5）6000V高压停电巧分钟后方可打开高压柜门。
（五）工频运行
断开K上KZ，在确认KZ断开的前提下，合K3，合高压开关此时电机处于工频运行状态。
三、高压变频器节能应用过程中需要考虑事项
高压变频器节能应用过程中主要考虑以下几个方面的事项：高压变频器的选择、高压变频器的整流电路、高压变频器的控制策略、DCS远方控制以及变频器与排粉机高压开关的联锁配合。
（一）高压变频器的选择
目前高压变频器按不同性质有多种分类，各种类型高压变频器有其各自的优缺点。其中单元串联式多电平变频器各项性能较平衡，相比二、三电平变频器输入、输出波形好，相比交-交变频器对电网的谐波污染小，而且输出适用于普通电动机。另外，目前三电平变频器受到器件耐压的限制，尚难以实现10kV等级的直接高压输出，而单元串联式多电平变频器的输出电压能够达到甚至更高，因此在排粉机节能中选择单元串联多电平电压源型变频器。
（二）高变频器的整流电路
当前高压变频器的交变直整流电路有多种，其中，PWM整流电路是一种模拟的控制方式，可根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，以实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变。通过对它的适当控制，可以使输入电流近似为正弦波，且电流和电压同相位，功率因数近似为1，并且可以实现能量的双向流动。综合比较来看，PWM整流电路的性能较优，是本文研究过程中的理想选择。
（三）高压变频器的控制策略
高压变频调速的控制方式也是多种多样的，有基于电动机动态模型的矢量控
制方式，也有基于无速度传感器的转速闭环转差频率控制和开环恒压频比（V/F=常数）控制。基于电动机动态模型的控制方式虽然技术比较先进，但尚处于初期开发使用阶段，性能不太稳定，价格较高，本文不作采用。转差频率控制由于转矩控制性能差，一般只适用于转速变化缓慢的场合，对排粉机这种转速变化较快的辅机不太适合。而V/F比恒定控制的突出优点是可以进行电机的开环速度控制，这与排粉机的转速变化要求是相符的，而对现场电压和频率量的采集也比较方便，因此，V/F比恒定控制是排粉机高压变频器的最佳控制策略。
（四）DCS远方控制
将变频器的调节功能及保护、监视、连锁信号和现场设备反馈信号接入DCS控制系统，在DCS系统进行变频器的频率自动和手动调节，根据实际的负荷量调节电机的转速，进而实现排粉机的手动和自动控制。
四、高压变频器节能效果
目前在电厂中高压变频器应用比较广泛的有引风机、一次风机、凝结水泵、循环水泵。某厂经过对厂内引风机、凝结水泵、一次风机进行高压变频器改造之后，机组负荷率在90%以上时电动机能耗降低25%，厂用电率降低住5%，产生了极大的节能效益。通过进行电厂电机高压变频器改造，可以大大提高经济指标和提高效益，值得推广。
五、存在的问题及对策
（1）变频器功率管易由于质量问题出故障
作为变频器的核心部件，功率管是否安全直接影响变频器的可靠性。对策是在采购和订货时要选定可靠性和稳定性高的。
（2）使用变频器情况下容易造成保护及通信误动
变频器造成厂用电系统的谐波污染，对策是通過测量和分析电源系统的谐波来降低谐波污染。
结语
通过实践检验，高压变频器对机组节能降耗方面起到了很大的作用，可以创造出比较好的经济效益。同时由于变频器运行中也会带来很多问题，需要我们进一步进行探索。
参考文献：
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