变频器在火力发电厂直接空冷系统中的应用

摘 要：本文介绍了变频器在火力发电厂直接空冷系统中的应用情况，并指出在实际应用中需要注意的问题。

关键词：变频器；直接空冷系统；火力发电厂

中图分类号：TN77 文献标识码：A

我国西北地区的煤炭储量较为丰富，同时这类地区一般都是贫水地区，因此传统的循环水为介质的冷却系统不能满足要求，当前火电厂发电汽轮机组的功率越来越大，数量越来越多，因此必须采取无水的冷却方式，以使机组维持安全稳定的运行状态。直接空冷系统是以空气为冷却介质，使空气与汽轮机产生的蒸汽进行热交换，从而达到冷凝的效果，目前这项技术已经趋于成熟，一方面在大功率机组中的可操作性强，冷却效果好，另一方面节约水资源。在直接空冷系统中，蒸汽冷凝是在带有散热装置的凝汽器内进行，冷凝空气的供应是通过机械通风的方式来完成，送风系统由若干采用变频控制的轴流风机组成，而采用变频器对系统的轴流风机进行实时的调整和控制可以促进整个风机系统的运行稳定性，延长电机的寿命，是火力发电厂是否能够正常运转的关键。

1 变频器在直接空冷系统中应用的优越性

在直接空冷系统中，根据系统的需要，要对轴流风机组的进风量进行必要的调节，传统的调节方法是通过调整风门和挡板的方式，如系统对风量需求大，则在凝汽器进风处的风门、挡板采用全开形式，而如果系统对风量需求小，则使挡板与风口呈一定角度，从而减小进风量。这样传统的方法的弊端在于：无论系统对风量的需求是大是小，风机本身都是处于全速运转状态，一方面控制灵活性较差，另一方面浪费了能源，并且加快了风机损耗，缩短了风机的使用寿命。而如果对风机机组采用变频器来控制，就能根据具体的工况要求来灵活调整，如系统对风量要求大，可以通过变频器调整风机满载运行，而当系统对风量要求小时，可以调整变频器，使风机组以小功率运行，甚至怠速运行，因此可以节约能源，降低生产成本；当再次需要大风量时，可以通过变频器实现风机的软启动，降低风机由于启动造成的磨损，有利于延长风机的寿命。

2 直接空冷系统变频风机系统的组成

在火力发电厂中，直接空冷系统的核心部分是空冷凝汽器，一个直接空冷系统内有若干安装有散热器的凝汽器组成，每台凝汽器均至少配置一台轴流风机。采用变频器的风机系统由轴流风机、变频控制柜、分布式控制系统（DCS）主机等构成，在工程实践中，可根据系统蒸汽负荷和环境温度、环境风等的变化情况，通过控制系统主机控制变频控制柜的工况参数，从而控制轴流风机的转速以及启动、停止，使汽轮机的排汽压力保持恒定。

3 在直接空冷系统中变频器控制要点

变频器安装在变频柜中，其控制方式可分为手动控制和自动控制，可根据实际需要选择适合的控制方式。变频柜本身具有液晶触控显示屏幕，可通过手动的方式修改变频器的参数，从而控制风机电机的运转速度，并将运行的状态显示在屏幕上，除此之外，变频柜还可显示系统的故障信息，以利于操作员及时采取有效措施解除故障。在直接空冷系统中，变频器的控制要点如下：

第一，无论是采用恒转矩还是变转矩类变频器，由于轴流风机转动惯量大，必须满足轴流风机的重载启动与运行要求，过载力矩要求高于一般风机的应用水平。

第二，为满足轴流风机的电机的运转速度要求，变频器本身的频率输出范围必须足够宽。

第三，由于电网的供电有可能会出现意外情况，如电压瞬时跌落或在一段时间内维持在低电压状态，可能导致电机运行不稳或停机等情况，因此变频器要具有较宽的电压波动范围，以使得即使电网电压出现一定程度的跌落系统仍然可维持稳定的输出，从而保证轴流风机的启动和正常运行。

第四，由于系统内变频器的数量众多，因此在运行中可能对电网产生谐波干扰，从而对电气设备产生危害。因此要使变频器的谐波电流成分尽可能地降低，使变频器输出的电流最大程度地接近正弦波。

第五，变频器本身要具有一定的保护措施，如过热熔断、功率过载保护、直流母线过压以及输入输出缺相保护，以使系统安全稳定地运行，并且可延长变频器的使用寿命。

第六，变频柜上要安装操作面板，除显示系统风机的运行实时状态外，还可对风机进行就地变频控制，除此之外，还要具备远程控制功能。

第七，变频器要根据风机电机的运行工况，自动调整开关频率，以实现对电机的动态控制。

4 变频器在火电厂直接空冷系统中应用的注意事项

在直接空冷系统中，要充分发挥变频器的优势，规避其在系统运行过程中的缺陷，才能使系统长期、稳定的运行，从而保证电厂的发电工作正常进行。

变频器在对风机变频控制的过程中会产生谐波，这对电气设备的运行会造成一定的干扰，一台变频器所产生的谐波电流较小，还不足以对电网系统构成威胁，但是由于在整个系统中变频器的数量众多，因此每台变频器产生的谐波可相互叠加，叠加后的谐波电流就会对系统产生较大的影响，高频的谐波电流流过导体时，会增加导体对谐波电流的电阻，根据焦耳定律，导体本身就会产生大量的热，从而导致设备发热，增加各种设备的附加损耗，影响设备的正常运行，严重的还会烧毁设备。除此之外，谐波电流还会增加轴流风机的电机的力矩和损耗，使风机的工作效率大大降低。

为降低谐波产生的危害，在实际工作中可采取安装滤波装置的方式将谐波滤除，消除其对系统的干扰，从而稳定系统的电流和电压，可采用的滤波器有有源滤波器以及无源滤波器等，除了采用滤波器外，还可以采用安装12脉波变频器、采用电抗器、增加变频器本身供电电源的内阻抗等措施。

结语

在大型火力发电厂中应用带变频器的直接空冷系统可以降低设备磨损、有效延长设备的使用寿命，并且可根据系统的实际需要调节风机的运转速度，操作灵活度较高，还节约了系统的运行成本，因此其应用前景极为广阔。在当前提倡节能降耗和绿色生产的号召下，使用变频器对直接空冷系统的风机进行动态调节，不但会产生可观的经济效益，还具有十分重大的社会效益。

参考文献

[1]樊焱.变频器在发电厂直接空冷系统中的应用[J].内蒙古科技与经济，2007.

[2]吴君达.变频器在大型电厂直接空冷系统中的应用[J].变频器世界，2012.