1 引言
邯鋼熱力廠csp綜合主泵房c03系統(tǒng)設(shè)計有八臺水泵,全部由工頻控制,正常情況下開四備四。由于csp生產(chǎn)的原因,c03系統(tǒng)供水用戶的用水量波動頻繁,水量波動很大且時間短。經(jīng)過多年運行,造成c03系統(tǒng)的水泵和電機經(jīng)常出現(xiàn)一些設(shè)備問題,增加了維修成本;同時也浪費了大量電能,所以我廠決定采用北京動力源科技股份有限公司生產(chǎn)制造的兩套hinv型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對csp水處理c03系統(tǒng)中的兩臺水泵高壓電機(m7,m8)進行高壓變頻器節(jié)能改造。csp水處理c03系統(tǒng)參數(shù)如表1所述。
[align=center]表1 csp水處理c03系統(tǒng)參數(shù)
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2 現(xiàn)場工藝要求和改造方案
(1) 變頻調(diào)速裝置保留csp水處理c03水泵的原控制方式、保護裝置。
(2) 現(xiàn)場合閘回路中串接一個變頻器發(fā)出的“合閘允許”信號,以保證水泵需要在變頻狀態(tài)運行時,變頻器在具備上電條件后才能閉合上級進線開關(guān)。
(3)現(xiàn)場總跳閘回路中并接一個變頻器發(fā)出的“事故跳閘”信號,以保證在變頻器系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障或者檢測到現(xiàn)場需要停機的事故后,能夠及時聯(lián)跳上級進線開關(guān)。
(4)為保證變頻器事故或者檢修時水泵仍能在工頻狀態(tài)下繼續(xù)工作,變頻器系統(tǒng)配有手動旁路柜,水泵的運行可進行變頻/工頻狀態(tài)的切換。切換說明:10kv電源可以經(jīng)變頻裝置輸入刀閘qs1到高壓變頻調(diào)速裝置,變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘qs2送至電動機;10kv電源還可以經(jīng)旁路刀閘qs3直接起動電動機。變頻裝置的輸出刀閘qs2和旁路刀閘qs3互相閉鎖,即qs2和qs3不會同時閉合。變頻運行時,閉合qs1和qs2,同時qs3斷開;工頻運行時,斷開qs1和qs2,同時qs3已經(jīng)閉合。當變頻裝置出現(xiàn)故障或者工程檢修時, 將變頻器的隔離開關(guān)打到工頻狀態(tài),使變頻裝置與供電以及生產(chǎn)過程隔離,而水泵在工頻電源下正常運行,以保證生產(chǎn)的安全運行。兩套高壓變頻器系統(tǒng)都采用一拖一模式,高壓變頻器系統(tǒng)型號為:hinv-10/870b,系統(tǒng)配置示意圖如圖1所示。
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圖1 系統(tǒng)配置示意圖[/align]
(5) 變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制和本機控制,其中遠程控制通過給變頻器加裝的獨立的上位機系統(tǒng)實現(xiàn),上位機實現(xiàn)高壓就緒顯示、設(shè)定閉環(huán)參數(shù)、顯示變頻系統(tǒng)運行參數(shù)、故障聲報警等功能。
(6) 變頻改造后啟/停方式部分改變原有操作方式,啟動時,按下原操作系統(tǒng)“啟動”后,高壓斷路器合閘,然后從上位機系統(tǒng)啟動變頻器,變頻器按照設(shè)定曲線運行;停機時,從上位機系統(tǒng)“停止”變頻器運行,變頻器按照設(shè)定曲線停機,此時變頻器高壓進線端仍帶電,然后按下原操作系統(tǒng)“停機”后,高壓斷路器分閘。工頻啟/停方式在變頻器轉(zhuǎn)換柜進行電源切換后,不改變原有操作方式。
(7) 閉環(huán)控制:變頻器根據(jù)管道壓力信號的反饋值控制水泵的轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)母管壓力的穩(wěn)定,co3系統(tǒng)母管壓力范圍為:1.1 mpa~1.7mpa。
(8) 高壓變頻器與現(xiàn)場高壓接口:從現(xiàn)場電機的原高壓電源柜取電源點連接到變頻器系統(tǒng)的旁路柜輸入刀閘,旁路柜輸出刀閘連接到現(xiàn)場電機,都采用高壓鎧裝電纜連接。
(9)變頻器的高壓輸入輸出電纜由變頻器柜體下進/下出。
3 hinv-10/870b型高壓變頻裝置的原理
hinv-10/870b型高壓變頻裝置主要由主回路、功率單元和控制系統(tǒng)組成。
3.1 主回路
hinv-10/870b型高壓變頻器采用交-直-交直接高壓(高-高)方式,電網(wǎng)電壓經(jīng)過移相變壓器的隔離、移相后分組輸出,每組三相,為串聯(lián)輸出的功率單元供電,形成多重化移相整流;功率單元經(jīng)過三相整流后,單相逆變單元輸出。全部功率單元分為數(shù)量相同三組,組內(nèi)輸出串聯(lián),形成高壓電動機的三相相電壓;三相輸出為y接,得到驅(qū)動電機所需的可變頻三相高壓電源。
3.2 功率單元
功率單元為三相交流輸入,單相全橋輸出的電路拓撲,功率單元原理示意圖如圖2所示。功率單元的輸入為移相變壓器的分組輸出,經(jīng)整流濾波電路后形成直流電壓,組成單相全橋的igbt在控制器控制下將此直流電壓變換為spwm的交流輸出電壓。
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圖2 功率單元原理示意圖[/align]
功率單元通過光纖接收信號,采用空間矢量正弦波脈寬調(diào)制(pwm)方式,控制q1~q4igbt的導(dǎo)通和關(guān)斷,輸出單相脈寬調(diào)制波形。每個單元僅有三種可能的輸出電壓狀態(tài),當q1和q4導(dǎo)通時,l1和l2的輸出電壓狀態(tài)為1;當q2和q3導(dǎo)通時,l1和l2的輸出電壓狀態(tài)為-1;當q1和q2或者q3和q4導(dǎo)通時,l1和l2的輸出電壓狀態(tài)為0。
功率單元具有旁路功能。當某個單元發(fā)生熔斷器故障、過熱和igbt故障而不能繼續(xù)工作時,該單元及其另外兩相相應(yīng)位置上的單元將自動旁路,此時q1—q4封鎖輸出,可控硅k導(dǎo)通,以保證變頻器連續(xù)工作,并發(fā)出旁路告警,單元旁路時,變頻器因運行單元數(shù)量減少,額定輸出電壓能力將降低,變頻器將自動提高工作單元的輸出電壓,從而保證變頻器輸出性能不變,實現(xiàn)無擾動自動旁路。
3.3 控制系統(tǒng)
系統(tǒng)控制器的核心是由dsp數(shù)據(jù)處理器、超大規(guī)模集成電路和16位mcu組成,完成高壓變頻器的實時控制及其外部接口(內(nèi)置plc控制器)的控制,視窗控制器通過通信將指令發(fā)到系統(tǒng)控制器,同時接收和顯示變頻器的工作狀態(tài)。
4 參數(shù)設(shè)置
參數(shù)設(shè)定為多卡片式頁面,包含變頻器、電機參數(shù)、pid調(diào)節(jié)參數(shù)、模擬輸入?yún)?shù)、模擬輸出參數(shù)、上位通訊共五個頁面。
(1) 變頻器、電機參數(shù)如表2所示。
(2) pid調(diào)節(jié)參數(shù)如表3所示。
(3) 模擬輸入?yún)?shù)如表4所示。
5 節(jié)能分析
5.1 節(jié)能原理
當采用變頻調(diào)速時,可以按需要升降電機轉(zhuǎn)速,改變水泵的性能曲線,使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求。當采用變頻調(diào)速時,由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用,50hz滿載時功率因數(shù)為0.96,工作電流比電機額定電流值要低很多,電流降為31a。
5.2 節(jié)能計算
根據(jù)變頻器的運行記錄,統(tǒng)計水泵在一天中高低速段的運行時間全年工作時制按8600h計算,得到年節(jié)電率:為35.4%。
6 結(jié)束語
試運行時,電機在頻率30-32hz之間存在機械共振,后設(shè)置變頻跳躍頻率點,避開共振區(qū),供水泵組穩(wěn)定運行;實際調(diào)速時,可降到額定的40%,各種參數(shù)符合其特性曲線。
通過這次改造,電機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運,變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦電流,降低了電機的故障次數(shù),使水泵工作平穩(wěn),水泵軸承麿損減少,延長了電機、水泵的使用壽命和維修周期,提高了水泵的利用時率,節(jié)約了大量電能。
變頻器自身保護功能完善,同原來繼電保護比較,保護功能更多,更靈敏,大大加強了對電機的保護。
作者簡介
李占濱(1972-) 男 本科 工程師 現(xiàn)任熱力廠電氣車間主任助理。
參考文獻
[1] hinv系列高壓變頻器用戶手冊