高壓變頻器在熱電廠(chǎng)鍋爐恒壓供水上的應用

0 引言

目前, 我國大型異步電動(dòng)機應用變頻調速剛剛起步，可是，國外已經(jīng)廣泛使用，而且隨著(zhù)電力電子器件的發(fā)展，高壓變頻裝置的型式也是多種多樣。按拓撲結構分就有IGBT直接串聯(lián)型，三電平型和多單元串聯(lián)電壓疊加型等。

通過(guò)長(cháng)期的運行實(shí)踐可以發(fā)現大功率風(fēng)機、水泵等需調速的設備，運用高壓變頻調速系統進(jìn)行驅動(dòng)表現出良好的經(jīng)濟效益，其可靠性也得到保證。而且，變頻調速以其優(yōu)異的調速、起動(dòng)和制動(dòng)性能、易于自動(dòng)化控制、高效率、高功率因數、良好的節電效果及廣泛的適用范圍等優(yōu)點(diǎn)被國內外公認為是最有發(fā)展前途的調速方式。

在對低壓變頻器驅動(dòng)的低壓電動(dòng)機進(jìn)行節能改造后，驅動(dòng)大型水泵和風(fēng)機的高壓大功率電動(dòng)機的節能改造正在以驚人的速度推進(jìn)，高壓變頻器、內饋調速等多種高壓電動(dòng)機的調速方法發(fā)展迅速，特別是高壓變頻器以良好的調速性能和較高的效率得到了廣大客戶(hù)的認可。

1 工況

山東玲瓏集團是世界輪胎20強、全國三大輪胎生產(chǎn)廠(chǎng)家和全國1 000戶(hù)最大工業(yè)企業(yè)之一。擁有橡膠、水泥、機電和電廠(chǎng)等分公司，其中電廠(chǎng)有兩個(gè)15MW的發(fā)電機組和一個(gè)30 MW 的發(fā)電機組，除了給自主產(chǎn)供電、供氣外，還給市區供曖、供電。15MW的兩個(gè)發(fā)電機組共由3臺鍋爐組成，3臺鍋爐的給水泵由4臺355 kW/10 kV的高壓電機驅動(dòng)，正常運行的時(shí)候是三用一備。

經(jīng)過(guò)多方的研究和論證，決定將鍋爐給水泵由原來(lái)的閥門(mén)調節改為變頻調速恒壓給水方式?？紤]到要保持壓力差變化不大，只對2#給水泵進(jìn)行了變頻節能改造。

2 改造方案

近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，國內涌現出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠(chǎng)數十家。但是，各廠(chǎng)家的主拓撲結構都相差無(wú)幾。通過(guò)各種途徑的考察與比較，玲瓏集團最終選擇深圳市微能科技有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高-高形式的WIN-HV系列高壓變頻器，這種結構的高壓變頻器具有良好的輸入、輸出波形，性?xún)r(jià)比高，可靠性高，即便個(gè)別單元有故障，也可將其所在的一組單元旁路，降頻使用。這極大地提高了風(fēng)機、水泵運行的可靠性。

WIN-HV 系列高壓變頻器主回路原理圖如圖1所示。

WIN-HV系列高壓變頻器輸入、輸出電流波形和輸出電壓波形如圖2所示。

根據現場(chǎng)情況和具備的各種條件，采取的改造方案如下：

1)對2# 給水泵采用一拖一的方式，因系統有備用設備故未使用工頻旁路系統;

2)從母管上取壓力變送器的4~20 mA電流信號作為反饋，給定頻率根據用戶(hù)從DCS系統直接給定;

3)運行信號、停止信號從DCS系統給定;

4)高壓變頻器的狀態(tài)信號從變頻器的控制柜里送到DCS系統，以便實(shí)時(shí)觀(guān)察;

5)改造后的母管壓力值達到工藝要求的6.8 MPa以上;

6)將每臺水泵的旁通閥關(guān)閉，用高壓變頻器調節高壓電機的轉速來(lái)調節所需的流量。

高壓變頻器的閉環(huán)控制如圖3所示。

將各泵的旁通閥關(guān)閉，利用變頻系統自帶的PID功能實(shí)現閉環(huán)控制。由DCS 給出給定連續可調的4~20 mA對應0~10 MPa的壓力信號，母管上的壓力變送器的0~10 MPa壓力信號對應4~20 mA反饋給變頻器，通過(guò)PID功能來(lái)控制輸出轉速的高低，從而實(shí)現自動(dòng)調整給水流量的目的。

3 效益分析

根據水泵的運行特性，流量與轉速成正比，電機的功率與轉速的立方成正比，即

因此，當用水量降低的時(shí)候可以用降低電機的轉速來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，而無(wú)須再用閥門(mén)調節，如此就可以省下通過(guò)閥門(mén)調節損耗的電能了。

2#水泵變頻改造前和改造后的數據對比(采集一個(gè)月的數據，得出平均值，每月按30 天計算，每年按330天計算)如表1所列。

從表1的數據可以看出，每年僅電費就可以省下32萬(wàn)多元。

4 結語(yǔ)

國家對節能環(huán)保越來(lái)越重視，節能減排優(yōu)惠政策陸續出臺，促使企業(yè)為減少生產(chǎn)過(guò)程中的能源浪費現象，紛紛加強合理利用能源的管理，對設備進(jìn)行技術(shù)改造，以達到降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)綜合競爭力的目的。這些為變頻器的發(fā)展與推廣提供了機會(huì )，也為風(fēng)機與水泵的節能運行和提高其運行效率提供了有效途經(jīng)。