變頻器在熱電企業中的應用

　　摘要：隨著變頻技術的不斷發展和完善，其優良的節電性能、良好的啟動特性和多樣的保護功能，使企業生產節約了能源，降低了成本，增加了安全保證。
　　
　　1、變頻器的特點
　　
　　變頻調速是性能且發展前途的調速技術。變頻器是工業發達國家中用于三相異步電動機調速的主要產品。其主要優點是：節能效果好，可達55%以上;調速范圍寬，調速比可達20:1;啟動及制動性能好，可實現軟啟動、自動平滑加減速及快速制動;保護功能完善，可實現過壓、欠壓、過載、過流、瞬間停電、短路、失速等多種保護方式，且能實現故障判斷顯示;易于在電子計算機系統中使用，可實現遠距離控制。
　　
　　2、變頻調速技術在熱電聯產系統控制中的應用
　　
　　2.1中心換熱站及外網控制
　　
　　鍋爐系統中主要包括系統恒壓補水、系統熱水(載體)循環、系統燃燒控制與爐膛壓力控制，在熱電聯產中，它所產生過熱蒸汽可以直接輸出，也可經過汽水交換后輸出熱水，蒸汽或熱水的熱能經過管網中的各個換熱站提供給各個熱用戶。
　　
　　2.2外網循環泵的控制
　　
　　保證供熱系統內的壓力恒定是供熱系統正常運行的基本前提條件。供熱系統的管網通常是封閉的管道系統，從理論上講，水的消耗量很少。然而在實際中難以避免的“跑、冒、滴、漏”和人為的失水，必然影響系統壓力的穩定。另外系統內水流的溫度高低也影響著壓力的變化。而要系統供熱穩定，則必須保證系統的zui高點處于滿水狀態，同時壓力也不能超過系統的承受能力。要做到這一點，需要在系統的回水管道上確定一個恒壓點，在系統循環的過程中，保持一個穩定的壓力數值，使循環泵的流量、揚程限定在一定的范圍內，實現流量、揚程自動調節，對于鍋爐系統在一定的程度上也可以避免超溫和超壓。采用變頻調速的補水泵對系統定壓，可以平滑地調節補水泵的轉速，及時地調補水量，保證系統內水體積的穩定。其方法是用壓力傳感器將取自系統恒壓點的壓力信號轉變成(4~20)mA電流信號，輸送到壓力調節器，調節器將其與預先設定的壓力值進行比較后，發出頻率指令給變頻器，變頻器則自動調整水泵電機的轉速，進而調節補水量，由于液體不可壓縮的特性，對液體的壓力控制響應速度快，很容易使恒壓點的壓力維持在設定值。
　　
　　供熱系統中，水是熱能的載體，熱能的輸送是依靠水的流動完成的。水的溫度越高，單位水的熱含量也越高，水的流量越大，輸送的熱能越大。為了整體熱網的熱量平衡采用變頻調速技術調節循環泵的流量，則可以在系統壓力穩定的條件下，對流量進行調節保證供熱系統的安全運行。首先依照目前推薦使用“低出水溫度，小出回溫差”原則與運行調節公式，根據環境氣溫溫度的變化來調節系統的出水溫度。同時根據出回水溫差來調節循環泵的轉速，從而通過調節系統的流量達到間接調節溫度的目的。具體做法是利用溫度傳感器將取樣點溫度的變化量，轉換成相應的電壓值或電流值后輸送到調節器，調節器將其與預先設定的溫度值進行比較后，發出頻率指令給變頻器，變頻器則自動調整水泵電機的轉速。
　　
　　2.3控制引風機的高壓變頻
　　
　　高壓變頻器是一種串聯疊加性高壓變頻器，即采用多臺單相三電平逆變器串聯連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足如下的關系式：
　　
　　其中：P為電機極對數;f為電機運行頻率;s為滑差)。從式中看出，電機的同步轉速n0正比于電機的運行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較小(0~0.05)，電機的實際轉速n約等于電機的同步轉速n0，所以調節了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉速。電機的滑差s和負載有關，負載越大則滑差增加，所以電機的實際轉速還會隨負載的增加而略有下降。
　　
　　變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。三相高壓電經高壓開關柜進入，經輸入降壓、移相給功率單元柜內的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出首尾相串。主控制柜中的控制單元通過光纖時對功率柜中的每一功率單元進行整流、逆變控制與檢測，這樣根據實際需要通過操作界面進行頻率的給定，控制單元把控制信息發送到功率單元進行相應的整流、逆變調整，輸出滿足負荷需求的電壓等級。
　　
　　輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使其負載下的網側功率因數接近1。另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規低壓變頻器。
　　
　　輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。
　　
　　2.3.1變頻器的操作與啟動
　　
　　變頻器的操作方法有三種：一是就地控制，直接利用控制柜觸摸屏的人機界面的啟動、加速、減速、復位、停止等按鈕實現變頻調速的操作過程;二是遠程控制，通過遠程控制器，用開關和模擬給定，通過端子，I/0接口輸入操作命令及給定值;三是DCS控制，與DCS直接連接，實現與現場過程控制系統的結合，并通過現場過程控制系統實現控制，引風機的變頻控制主要采用DCS控制。變頻器的啟動有三種：一是正常啟動，按正常方式啟動后，自動上升頻率并以用戶設定的頻率穩定運行;二是軟啟動，按軟啟動方式啟動后，直接升速到系統參數中提供的電網投切頻率，然后系統給“變頻/工頻投切”指令，并進行相應的電氣連鎖控制，達到軟啟動的效果;三是旁路功能，在變頻器故障不能投入運行的情況下，可以進行手動旁路操作。將QS2，QS3斷開，QS1閉合，電機可由QF直接啟停，拖動電動機工作，此為變頻直接旁路功能，同時便于維護與檢修。
　　
　　2.3.2變頻改造后的節能效果分析
　　
　　天津市現行的環保要求是所有的燃煤鍋爐必須安裝脫硫和除塵設施，兩系統的加入使鍋爐的煙風系統阻力增加大約2500Pa，使引風機的電機功率增加大約一級，加之作為承擔工業蒸汽供熱鍋爐存在負荷變動大的運行特點，同時濕法脫硫系統的運行將隨鍋爐的運行工況變化而變化，使煙風系統的阻力成為多變量，如采用風門調節系統具有簡單可靠，風壓恒定，投資少的優點，但調節精度低，電耗高，再有脫硫塔的脫硫液隨鍋爐煙氣的變化進行調節，塔的阻力是變量，因此風門調節系統不適用濕法脫硫系統的運行工礦，不符合節能要求。采用變頻器調節，根據鍋爐負荷變化來調節引風機，使風壓在一個*的范圍內，既滿足鍋爐的運行要求，也滿足脫硫塔的運行要求，既節能又達標排放，使煙風系統的運行工礦得到優化。變頻器同時還具有提高用電設備功率因數的特性，將減少電機從電網吸收無功功率，減少了無功功率在電網中傳輸時造成的有功損耗。
　　
　　通過分析鍋爐負荷變化70%，風門與變頻器調節電機功率將變化50%，按有40%時間需調整鍋爐負荷，如年運行8640h，引風機電機為315kW，電價為1.00元計算，采用變頻器調節年節電544320度，節約電費54.4萬元。
　　
　　2.4在水位調節中的變頻器
　　
　　當汽包水位發生變化時，變送器的輸出信號也將發生變化。這個測量信號與給定值比較后產生一個偏差信號送給調節器，由調節器對偏差信號進行相應的運算，把運算的結果輸出給變頻調速器。當變頻調速器接收到調節器的輸出信號后，就會相應的根據信號改變水泵電機電源的頻率，從而達到改變電機轉速，增加或減少供水的流量。使汽包水位穩定地保持在給定的數值上。
　　
　　3、結語
　　
　　變頻調速這一技術正在越來越廣泛地深入到各行各業中，它的節能、省電、易于構成自控系統的顯著優勢，必將成為電力拖動的中樞設備。同時，應用變頻調速技術也是企業改造、增加效益的有效途徑。