电力能源是国民经济的基础性产业,2019年上半年,我国国内生产总值为450933亿元,同比增长6.3%。2019年上半年,全国全社会用电量为33980亿千瓦时,同比增长5.0%,较去年有所回落。随着我国经济社会的发展和能源结构转型,电、煤价格逐步上涨,发电成本逐年增加,为响应国家号召,实现节能环保型发电,国家能源局表示:用电量从前些年的高速增长阶段“换挡”至当前的中速增长阶段是必然趋势。
在电力行业高压变频器主要用于引风机、送风机、吸尘风机、压缩机、给水泵、循环水泵、灰浆泵、凝结泵等大功率风机和泵类的电机上。电力行业是高压变频器应用量***大的行业,近几年,电力行业对高压变频器的需求占高压变频器总需求的25%左右。
2 现场锅炉给水系统改造概述
某新建新能源电厂锅炉给水系统,配备两台高压给水泵,一用一备。两台水泵入口侧的取水均取自除氧器出口的公用母管,给水泵出口侧均汇入同一母管,锅炉的给水量靠水位调节门进行控制,如果给水量偏差大的时候,就需要开给水再循环门,部分水量再回到除氧器,形成了自循环,浪费了大量的水资源和电力资源,有较大的节能潜力。
供热负荷变化时需要通过调节泵的出口门的开度来调节水量,实际上是靠压损来减少给水流量,而电机的出力却没有变化。因此可以通过高压变频器对锅炉给水泵电机进行变频调速,从而实现给水量的动态调节作用。
2.1 主回路方案
变频控制为一拖一手动旁路方案,配备一台变频器。变频调速系统接入10kV电压等级的主动力电源系统,用于电动机的变频调速。为增加系统运行可靠性,变频调速系统增加旁路,设计方案如图1所示:
图1 主回路设计方案
此方案是手动旁路的典型方案,它由QS1、QS2和QS33个高压隔离开关组成。系统要求QS2和QS3不能同时闭合,机械上实现互锁。变频运行时,QS1和QS2闭合,QS3断开;工频运行时,QS3闭合,QS1和QS2断开。
2.2 锅炉给水泵和电机的参数
(1)配套电机参数
电动机型号YJTFKK5005-2、额定电压(U0)10kV、额定功率(Pdn) 1000kW、额定转速(n0)2980r/min、额定电流(I0)69.8A、功率因数0.86。
(2)配套给水泵参数
给水泵型号SBD 100-300E*12、效率76%、轴功率1000kW、额定转速(n0)2960r/min、额定流量175吨/小时、扬程1506米。
2.3 变频器的选型
根据现场负荷的实际运行数据,锅炉给水泵电机的***大正常工作电流不超过69.8A,据此选用变频器的型号为SBH-100-1000,变频器额定容量为1250kVA,额定输出电流为7***,完全满足现场负载运行的要求。
2.4 SBH系列高压变频器产品特点
(1)一体化设计——更可靠
SBH系列高压变频器的整机结构采用一体化设计。系统更简洁、维护更方便、安全性能更好。同时高压变频器的一体化设计不仅能加快设备的投运进度,缩短现场的调试服务周期,还能保证产品质量。
SBH系列高压变频器的核心器件控制系统同样采用一体化设计方案,该设计方案可以减少线路板件之间的连接导线,进一步提高了产品的运行可靠性。
(2)单元模块化设计——更通用
SBH系列高压变频器的内部核心部分——功率单元,采用模块化设计方案,每个功率单元的结构以及电气性能一致,可互换使用,通用性更强。
(3)多功能的HMI设计——更直观
SBH系列高压变频器采用7英寸彩色触摸屏,多语言操作界面,让用户更直观、更全面的监视设备运行状态;多功能参数设置,使得设备操作的灵活更强;完善的故障分析功能,大大缩短了故障处理时间,降低故障处理强度。
(4)“三满”试验——更稳定
SBH系列高压变频器在出厂前都必须经过一系列严格的测试环节,其中不仅包括常规带电机运行性能试验,同时每套设备出厂前都要进行满电压、满电流、满功率的“三满”带载老化试验,从而确保每套设备的高质量。
(5)矢量控制技术——低转速,大转矩的***
SBH系列变频器采用矢量控制技术,具有低频转矩大。转矩脉动小、动态响应快、机械特性好等优点,能够满足重载启动的需要。
(6)双电源冗余技术——比传统UPS方案更可靠
SBH系列高压变频器的控制电源部分采用双电源冗余技术,分别有两路电源供电,一路来自用户AC220,一路来自于设备内部的移相变压器三次绕组AC380V,自动切换过程无扰动。与传统采用UPS方案比较,具有更高的可靠性,避免了因UPS故障而引起的变频器停机故障发生。
(7)防“晃电”技术——超强的电网适应性
SBH系列高压变频器针对风机类负载提供瞬时掉电保护功能,当电网因雷电或发生瞬时故障导致电网供电电压出现缺波现象时,防晃电技术可防止设备因瞬时掉电而造成欠压停机。
同时,当供电电网出现短时(0~30S)掉电现象时,SBH系列高压变频器可记录设备的当前运行状态,待电网恢复供电后,自动恢复至掉电前的运行状态。
(8)自动限流技术——系统安全的保障
SBH系列高压变频器采用自动限流技术,当设备负载加重时,自动限流技术可以自动调节变频器的输出能力,使设备的运行更稳定;同时,限流技术在加速运行和减速停机过程中,可有效抑制电流过大的现象,使设备加速更加平滑,减速更稳定。
3 应用情况分析
(1)工艺改善。在实际生产操作过程中,泵的参数(尤其是流量)需时常调整,不仅需要调节参数,而且备用设备需时常切换。根据工艺的变动,工艺参数又主要通过调节出口门来控制,人工关小或开大阀门不仅费事,速度慢,也缩短阀门的寿命(填料及阀杆的磨损)。采用变频调速就不用调节出口阀,只需在控制室内调节电机的转速即可。变频启动转速可以从零开始逐渐升高,因此,带负荷直接启动不会有较大的启动电流,避免了通常泵组首先关闭出口阀后再启动的要求(无载启动是为了降低启动电流,保护电机)。
(2)维护量减少。采用变频调速后,可以避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的振动。通常情况下,变频调速系统的应用主要是为了降低泵的转速,由于启动缓慢及转速的降低,相应地延长了许多零部件,特别是密封、轴承的寿命。
(3)工作强度降低。由于调速系统在运转设备与备用设备之间实现联锁控制,机组实现自动运行和相应的保护及故障报警,操作工作由手动转变为监控,完全实现生产的无人操作,大大降低了劳动强度,提高了生产效率,为优化运营提供了可靠保证。
(4)减少了对电网的冲击。给水泵工频起动时,启动电流达到额定电流的5~7倍,即起动瞬间可达420A左右。采用变频调节后,系统实现软启动,电机启动电流不超过额定电流,对电网无大的冲击,同时减轻了起动机械转矩对电机机械损伤,有效延长了电机的使用寿命。
(5)节能显著。对风机/泵类负载,由流体力学知,流量与转速成正比,管压与转速的平方成正比,而轴功率与转速的立方成正比。
根据GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式,即:风机、泵类,采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的关系为:
式中:Pe-额定流量时电机输入功率kW QN-额定流量若流量的调节范围(0.5~1)QN,则节电率为:
若系统运行在45Hz,此时系统节电率为:
4 结语
使用希望森兰生产的高压变频器以来,设备运行稳定,显著改善锅炉给水系统机组的运行情况,综合节电率达29%左右,相当于降低了1个百分点的厂用电率。
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