火电厂高压变频器控制与保护设计

　　摘要：随着国家经济发展步伐的加快，我国火电厂的技术也逐渐得到提高。高压变频器开始应用于火电厂行业中，对火电厂的工作来说高压变频器的应用有着重要意义。由于高压变频器本身的设计特点，可以节约能源、降低环境污染程度、提高工作效率。文章主要分析了火电厂高压变频器的控制与保护设计，为业内相关人员提供参考。

　　自改革开放以来，我国在电子科技领域有了突破性进展，研发与生产了各种节能技术、设备，投入到各行各业中。如火电厂中应用了高压变频器，变频器在很多领域都是很常见的，有着非常广泛的应用，但是在火电厂中这样的重工业，高压变频器的使用更是带来了很多益处。高压变频器在设计上与其他变频器有很大的区别，它有着独特的线路，对电流、电压能够进行有效的控制，控制柜将控制信息发送至功率单元进行调整，然后输出所需要的电压。除此之外，高压变频器还能对继电设备进行保护，防止它受到损害。

　　1　高压变频器分散型控制系统

　　控制方式分析

　　在火电厂中，通常用分散型控制系统进行辅机的控制，高压变频器控制方式主要有以下3种形式：

　　（1）将压力和流量作为控制的目标，进行闭环控制。控制的标准为4~20mA的模拟输入值，可进行自带控制。

　　（2）将转速作为控制的目标，进行开环控制。具体的转速数值要根据实际情况来设定，一般规定4mA为对应的零转速，20mA为额定转速。

　　（3）将频率作为控制的目标，进行开环控制。在触摸屏上直接设置输出频率，高压变频器会以设置的输出频率为控制的目标数值。

　　这3种形式都可以根据实际情况进行适当调节，将转速作为控制目标的开环控制一般以V/F模式为主，高压变频器的触摸屏可以进行手动控制。

　　2　高压变频器工频旁路设置分析

　　如果是125MW及以上的火电厂，可以采用双套辅机，双侧配置的都有锅炉风机，这样可以保证如果有一侧风机出现故障，另一侧风机同样可以使火电厂正常工作，燃料正常燃烧。所以，此种大型火电厂的高压变频器可以采用“一拖一”手动旁路方式，当锅炉一侧的风机出现故障的时候，可以手动切换为旁路工频运行，也可以通过分散型控制系统将另一侧变频器提速，使锅炉的工作能够正常开展。高压变频器在提速的时候可以设置电流不会增加太快，对电流起着一种限制作用，从而保护电路不受损坏，而且在回路的时候也是非常简单的。

　　如果是小型火电厂，锅炉采用单引、单送风机，当电动机的功率低于300kW时，需要校核成组电动机使用。380V的厂用母线电压要在60%以上，这种情况适合使用低压变频器，经济方面划算且可靠度高。如果需要使用高压变频器的话，应该设置自动旁路回路，避免变频器出现故障使锅炉停止运行。如果是水泵类的辅机，采用高压变频器中的“一拖一”的方式是最好的，灵活性、效率都比较高，但是对经济的要求也比较高。火电厂中的机组通常配置两台水泵，一台是使用的，另一台是备用的，水泵之间可以利用备用自投和转换的方式，这种可以采用“一拖一”手动旁路方式或者“一拖二”自动旁路方式。如果两台水泵不同时工作，那么也可以使用一拖一不带旁路的高压变频器。火电厂的配置都有很多台大容量的水泵，所以可以根据电厂实际运行情况来选择是单台配置还是多台配置。

　　综上所述，高压变频器的选择要依据实际工况，不能盲目选择，不同类型的变频器控制方式是不同的。如果是设置单引风机和单送风机的火电厂，需要将变频和工频之间自由切换；如果是双引风机、双送风机的火电厂，可以使用“一拖一”手动旁路的变频器；如果是凝结水泵的话，可以使用“一拖二”自动旁路变频器。

　　3　高压变频器回路保护设置分析

　　火电厂高压变频器的保护一般有电流速断保护、低电压保护、过负荷保护和单相接地保护等几种形式。

　　就目前的发展来看，要想在火电厂中应用高压变频器，那么变频器的设计方面至少要满足上面任一种形式的继电保护。现在的火电厂采用的保护是比较综合的，利用计算机在交流输入模块采集回路电流，然后通过数字算法来达到保护的效果。保护装置需要安装在专门的柜子里，不能随意安装，位置的选择十分重要。

　　在用高压变频器控制火电厂中电动机时，从开关柜到电动机中间需要经过高压变频器，高压变频器在二者之间进行保护，整个过程就可以分为两个环节，高压变频器是中间站点，两个环节的保护也要分段进行。在高压变频器拖着电动机调速的过程中，高压变频器需要自身具备整流变压器保护和电动机保护。

　　对于高压辅机来说，也要采用相应的高压变频器，还要设置工频旁路。变频向工频旁路转换的时候，尤其要注意开关柜的保护，不能低于电动机保护，因此在工频旁路回路的时候要设置高压变频器。除此之外，还要有计算机综合保护装置。

　　如果是2MW以上的高压电动机，除了需要高压变频器控制以外，还要有纵联差动保护装置，它可以在电动机组内出现问题时保护设备。当电动机处于工频运行的状态的时候，一般的差动保护就可以满足使用需求。高压变频器在电动机中工作的时候，调节频率需要在一定范围之间，一般情况是在0~50Hz之间。由于变频器本身的优点，所以电流的输入和输出不会对彼此产生影响。高压变频器在高压电动机中工作时，不应该采用计算机差动保护，变频时应该采用磁平衡差动保护，同时计算机差动保护装置处于退出状态。

　　4　高压变频器保护设计中应该注意的问题

　　火电厂辅机中的高压变频器，要特别注意以下保护功能:

　　（1）输入欠电压保护。火电厂中比较重要的辅机，高压变频器需要控制电源的电压，要使变频器输出的设定值比电源切换过程中回路电源电压低。如果控制电源电压过低的话，变频器会停止运行，电动机的工作效率也会明显降低，这时母管的压力过低就会使备用泵开始投入使用。在母线的电压恢复之后，变频器会重新开始工作。因此，火电厂会比较青睐高压变频器，因为它不仅容量大，而且效率高、质量好，在直流欠电压情况下，即使出现故障它也能使电动机正常工作，变频器不会停止运行。

　　（2）瞬时掉电再起动功能。在正常情况下，如果变频器工作过程中突然出现掉电的现象，那么它会开始减速直到停下来为止。如果掉电以后在9s以内恢复电源，且此时电动机还存在一定的转速，那么电动机输出起动会与电动机残留的电压产生冲突形成一定的冲击电流。所以，火电厂会要求变频器具备瞬时掉电再起动功能，保证变频器正常工作，电动机正常运转。

　　（3）辅助电源失电保护。高压变频器运行过程中辅助电源是具有非常重要的作用的，辅助电源是指通常提到的控制电源，它能在很大程度上保证系统的安全性、可靠性。根据实际需求，控制电源需要具备UPS、自动切换、多种备用的功能，在这些功能的保护作用下，即使任意一条回路被切断了，整个运行过程也不会受到阻断和干扰。

　　（4）出现输入电压降低、转速减慢的情况时，高压变频器如果想继续工作、不受干扰的话，一定会采取提高输出的措施，但是这样很可能会导致输出过电流，而且还有可能损坏IGBT元件，所以在提高输出时，要根据电动机的实际转速设定一个缓冲值和延时时间，避免出现上述情况。

　　（5）如果变频器的任一功率单元发生问题，很有可能会导致变频器也出现问题，进而对整个系统的工作产生严重影响。所以为了防止变频器工作受到障碍，必须在变频器的保护功能中设置该种情况的自动旁路，使功率单元出现问题时能进行自动旁路，保持变频器继续运行。

　　（6）高压变频器中会有很多开关，在各个开关之间要设置五防闭锁，可以有效防止工作人员因操作失误带来的影响，对系统起到一定的保护作用。

　　（7）高压变频器的每一种保护都要能输出硬接点，这样可以和外部的报警或者回路等进行及时的连接，将危害降至最低。

　　（8）高压变频器完整的工作会进行很多保护动作，要确保故障记录能够被自动保存，同时即使失电了也能保证数据记录不丢失，依然存在，故障记录包括故障的类型、故障发生的时间、保护时间等，这些都要出现在显示屏上。

　　5　结语

　　综上所述，高压变频器在火电厂中的应用是非常广泛的，高压变频器的控制与保护设计能为火电厂的工作带来很多的益处，这也能够说明高压变频器的设计具有一定的复杂性和难度。在高压变频器的保护设计方面要注意很多细节在变频器以及线路中出现任何情况都要及时应对、处理。高压变频器的控制与保护设计会随着时代的发展而不断更新，如何利用高压变频器使火电厂更有效地工作也是研究的热点课题。

　　作者简介：李鹏飞（1988-），男，河北沙河人，冀中能源股份有限公司东庞矿矸石热电厂电气工程师，研究方向：火电厂电气运行及检修。

　　参考文献

　　[1]徐甫荣. 高压变频调速技术工程实践［J］．北京：中国电力出版社，2012．

　　[2]姜茹. 火电厂高压变频器控制与保护设计分析[J].电气应用，2014，33（6）：59-63，81.

　　（责任编辑：周羿廷）

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