郭巍
天津华能杨柳青热电有限责任公司 天津 300380
【摘要】本文介绍了变频控制方式节能效果分析及发电厂对高压变频器控制功能的要求，并提出了发电厂高压变频器控制回路优化整改方案,以供相关专业技术人员参考。
【关键词】发电厂；高压变频器；控制回路优化
1 引言
目前，我国正处于绿色能源转型发展的重要时期，节能降耗能力是发电厂提高自身生存竞争力的重要指标。随着变频控制技术的不断提高，发电厂普遍进行了风系统、水系统大功率电机的高压变频改造。通过降低发电厂变频器运行故障率，从而降低发电厂厂用电率，并进一步提高发电机组安全稳定运行的能力，对于提升发电机组经济运行水平十分重要。
2 变频控制方式节能效果分析
2.1根据三相异步电机工作原理，可以得到N=(1-S)*N0=60F/P(1-S)
式中：N为实际转速，S为转差率，N0为同步转速，P为极对数，F为运行频率。
电机实际运行中，因为极对数P为固定值、转差率S的变化量较小（异步电动机额定带载时，其转差率S在0.015至0.060之间），且实际转速N与运行频率F接近正比的关系，所以降低运行频率F可以有效降低实际转速N。
2.2 当三相异步电机正常运行时，单相定子绕组产生了感应电动势，其有效值为
E1=4.44 F1KΦN1
式中：E1为感应电动势的有效值，F1为感应电动势频率，K为绕组系数（近似于1），Φ为旋转磁场每极的磁通，N1为单相定子绕组匝数。
电机实际运行中，因为感应电动势频率F1与运行频率F相等，且单相定子绕组匝数N1和绕组系数K为固定值，所以为了保证旋转磁场每极的磁通Φ保持恒定，在调节运行频率F的同时，还须调节感应电动势的有效值E1，即电源电压。
2.3 根据风机型负荷的实际工作特点，在不改变其风道阻力的情况下，基于相似定理可以得出
P∝N3
因此可得 P/Pe=（N/Ne）3
式中：P为实际功率，N为实际转速，Pe为额定功率，Ne为额定转速。
电机实际运行中，可以调节实际转速N来改变实际风量的大小。若实际需求的风量下降至额定风量的50%，则实际功率P可以下降至额定功率Pe的12.5%，由此可见节能效益显著。
若为水泵型负荷，当系统对水的压力没有特殊要求，且管网特性不发生改变，则实际调节情况与风机型负荷接近，因此相比于恒压力供水方式其节能效果也十分显著。
3发电厂对高压变频器控制功能的要求
发电厂大功率辅机电机的可靠运行，是发电机组能否平稳运行的关键条件。如果高压电机因为高压变频器的故障而停止运行，则会引起发电机组运行负荷的突然下降，甚至会引起锅炉系统熄火造成发电机组的非计划性解列停机，其产生的损失及影响远不是节能效益可相比的，所以发电厂要求高压变频器能够更加安全可靠的运行。
3.1工变互切功能
当高压电机变频运行时，如果变频器出现设备严重故障、保护装置动作或需要停运检修等状况，且电机无法停止运行，则变频器能够实现变切工的自动切换；当高压电机工频运行时，如果需要投入高压变频器，则变频器能够实现工切变的自动切换。
3.2功率单元旁通运行功能
当功率单元出现单体故障时，若高压变频器自身运行工况允许故障单元旁通运行，则变频器能够实现故障单元的快速旁通，并保证变频器电压输出波形始终正常。
3.3瞬停功能
当发电厂高压厂用母线电压出现短时下降（系统电压波动、同一高压母线的多台电机同时启动等），变频器能够立即停止电压输出，若此时高压厂用母线电压恢复正常（电压波动时间约3至10秒），则变频器能够实现对高压电机转速的持续跟踪，并驱动高压电机恢复运行至之前的工况。
3.4控制电源双路切换功能
发电厂高压变频器控制系统的电源应采用双路配置。可以为变频器控制系统配置单独的交流UPS装置，当控制系统的交流电源消失时，由交流UPS装置持续供电；也可以为变频器控制系统电源配置双路切换装置，当主路控制电源异常时，能够切换至辅助控制电源持续供电。
3.5远方监控功能
发电厂高压变频器能够将模拟量信号（多采用4至20mA信号：如工频运行的电流信号、变频运行的频率、电流信号、热控DCS系统的频率调节信号等）、开关量信号（多采用硬接点信号：如变频器输入、输出、旁路开关信号、故障报警信号等）送至热控DCS系统用于逻辑判断和远方监视，同时热控DCS系统的变频调节指令和控制指令也能够接入至变频器控制系统内，从而实现热控DCS系统对变频器的远方监控功能。
4 发电厂高压变频器控制回路优化整改方案
4.1发电厂高压变频器典型故障分析
4.1.1 故障情况
XX年X月X日， B一次风机跳闸，RB保护动作，C、D、E磨跳闸，AGC及协调切除。检测 B一次风机电机绝缘正常，检查为该风机变频器PLC故障所致。
4.1.2 故障原因
变频器PLC内部程序存在漏洞，在运行中程序因不明原因进入死循环，导致PLC死机；变频器PLC死机状态下自动将全部输出接点归零，而控制回路设计为PLC跳变频器输入开关QF1、输出开关KM1的接点均为常闭接点，故PLC死机后将QF1、KM1全部跳开； 变频器PLC死机后不能正常运行变频切换工频逻辑且PLC合工频旁路QF2开关的输出接点为常开接点，故未将QF2合闸，导致该风机变频、工频均不能运行，而后热工保护逻辑跳开 B一次风机高压电源开关，造成RB保护动作。
4.2发电厂高压变频器控制回路优化
上述故障为发电厂高压变频器的典型故障，且高压变频器均存在此类共性隐患。针对此类故障，提出如下整改方案：
4.2.1将PLC装置程序升级，对CRC校验程序加入限制条件，消除PLC装置内部程序的漏洞，防止PLC装置因程序超时出现死机状态；
4.2.2在PLC装置程序中增加变频运行时对变频器输入、输出开关状态信号的检测判断功能，如变频器输入、输出开关状态信号消失或运行中异常跳闸，则PLC装置自动将相关设备由变频切换至工频运行；
4.2.3优化触摸屏和PLC装置通讯程序，增加主板输出故障代码显示、电流缺相及变频器输入、输出开关合闸位置信号消失告警显示，以便于故障判断及分析；
4.2.4为了防止高压变频器PLC装置失电或故障时造成设备停运，对其控制回路进行优化。增加PLC装置状态监测回路，若PLC装置出现失电或自检异常时，可通过中间继电器将相关信号上传至热控DCS系统，并通过控制继电器断开变频器输入、输出开关，经时间继电器延时4秒后，合入变频器工频旁路开关，将相关设备有变频切换至工频运行，从而避免发电机组RB保护动作扩大故障范围。
发电厂高压变频器控制回路优化整改原理图如下：
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通过对发电厂高压变频器控制回路的优化整改，可以提高变频器故障后由变频切换至工频运行的可靠性，从而确保发电机组的安全稳定运行。
5 结束语
变频控制技术在发电厂大功率电机上得到了广泛的应用，有效降低变频器运行的故障率、提高变频器安全可靠运行的能力，能够为降低发电厂厂用电率、提升发电机组安全稳定运行能力及经济运行水平提供十分重要的保障。
参 考 文 献
【1】邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].华中科技大学出版社.