变频改造对电厂辅机安全性的影响分析

邢裕

摘 要：随着我国经济的快速发展，人们对电能的需求越来越大，在火力发电厂中，泵与风机主要的耗电设备，电耗约占发电机组用电的75%以上，大型辅机多采用定速泵，效率在设计工况点附近很高，机组需要在偏离设计点的低负荷运行，效率下降，厂用电率增加，所以辅机节能的潜力很大。变频调速在较宽负荷范围具有很高的调节效率，随着高压变频技术逐渐成熟，大功率变频器性价比逐渐提高，成为泵与风机节能的重要手段。本文对如何提高变频器及相关回路的可靠性进行分析，使变频器及相关回路在出现故障时对机组影响最小。

关鍵词：火力发电厂；变频改造；辅机安全性；分析

一、变频技术的节能原理

在火电厂中高压辅机设备的稳定性、可靠性影响发电机组的安全稳定运行，其中变频器是利用电力半导体器件的通断作用将电源的频率由工频变换为另一个频率的电能控制装置。应先将工频交流电源转换为直流电源，再将直流电源转换为频率、电压可控的交流电源，变频器的电路由整流、中间直流环节、逆变和控制组成。高压电机变频调速通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理，交流异步电动机转速由下式确定：

由式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。交流电动机的直接调速方式主要有：

（1）变极调速（调整p）；

（2）转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整s）；

（3）变频调速（调整f）。

其中高压电机变频调速的优点多，得到了广泛的应用。根据流体力学的基本定律可知：泵（或风机）类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系：

式中：Q1、H1、P1—风机（或水泵）在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；Q2、H2、P2—风机（或水泵）在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。由式（2）、式（3）、式（4）可知，风机（或水泵）的流量与其转速成正比，压力（或扬程）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当风机转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动风机的电机所需的电功率亦可相应降低。当风机原用进口挡板节流调节时，如果原选型余量大，此时若改用降低转速调节出力，是非常节能的。从上述分析可见，调速是风机、水泵节能的重要途径。

二、辅机变频改造的关键控制技术

1.变频运行的控制原则与策略

辅机采用变频以后，泵或风机的调门或挡板开足，过去调门或挡板是由变频器控制的，也是辅机变频改造后控制策略的基本原则。当送风机、吸风机、一次风机采用变频以后，运行时静叶应全开，由变频器转速调节送风量、炉膛负压和一次风压。虽然阀门全开会最节能，，但是在全开的时候无法满足工艺需求，如凝泵变频后，应保证凝结水母管压力，会采用凝泵变频器调节除氧器水位，凝泵出口调门调节凝结水母管压力，使得系统不稳定。其实凝结水压力不用控制某压力点，只需要限制最小压力不低于标准值。

变频凝泵与凝泵出口调门控制中，变频器转速投自动后控制水位偏差，凝泵出口调门采用开环控制，在低负荷的时候对于的开度很小，反之很大，有效的保证母管压力。

2.变频故障时的变工频自动切换

工频、变频切换功能有正常的切换功能和故障切换功能，正常工况下泵或风机有工频切换到变频、有变频再切换到工频。对于一些没有备用的辅机，当出现变频器故障时，将变频自动切换到工频，在进行机组风机变频改造中，当出现变频器故障时，没有考虑变频切换到工频的功能，导致辅机跳闸。这种改造方法降低机组运行的可靠性，机组负荷与参数波动很大。

对于900MV机组一次风机变频改造中，设计变频故障时的变工频自动切换，机组在运行的时候出现两次变频器故障，都切换到工频，所以在变频器故障切换工频功能设计的时候，应充分考虑相互间的匹配动作，同时应注意以下几点：

（1）变频器故障后应切断进、出口开关，过几秒后合上工频开关，应保证电机安全，还应满足风压变化不超限。

（2）变频器故障后应切断进、出口开关的同时，故障的一次风机静叶应快速关到此负荷下对应的开度，达到正常开度后切换到静叶的压力控制，故障风机升工频的时候，正常风机应同时升到工频，静叶关至工频时此负荷下对应的开度，然后在切换到一次风机静叶的压力控制，防止两侧强风情况出现。

（3）应记录原先工频时不同负荷下调门或静叶对应的开度十分重要，对于风机，尽管由于不同负荷下静叶开度与煤种、环境温度等关系很大，其动作趋势是正确的，有利于后续的调节，跟踪的开度指令信号考虑环境温度等因素的效果会更好。

对于一些有备用的辅机，如果变频器故障等因素引起运行辅机跳闸，会自动启动备用泵，调门开度与辅机转速间的匹配动作，防止辅机超出力跳闸或工艺参数越限。

3.RB工况时的控制策略

对于无备用辅机，当变频器故障时切换工频失败，或泵、风机自身故障，机组会触发RB，RB逻辑判断条件，应躲避变频切工频的时间，如当风机出现变频器故障的时候，先切换到工频，如果切换失败，再触发风机RB。当锅炉炉膛负压、一次风压，需要快速调节的回路。如发生吸风机RB 时，运行吸风机的频率应升到50HZ，如果原先运行的吸风机静叶不在全开位置，可以增加开度，而跳闸吸风机的静叶应全关。

吸风机改变频后，如发生送风机、给水泵等RB工况时，变频器速率受限制将对炉膛负压的控制带来不利影响。所以发生送风机RB时，吸风机静叶超驰关至某一开度，弥补变频器转速降低的情况。增减速率较慢是大型变频器的普遍情况，对调节的影响应引起关注，考虑故障工况下参数大扰动的应对措施。

结语

随着人们的节能意识越来越高，对电厂机组节能减排的要求越来越高，高压大功率变频技术的技术逐渐成熟，很多电站实施大型辅机的变频节能改造。很多新建机组基建时将变频辅机作为标准配置，辅机变频后的配套控制方案对机组安全稳定运行十分重要。所以应根据变频辅机的特点，采用合理的控制方案，提高辅机变频改造后机组运行的可靠性。

参考文献：

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