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高压变频器在恒压供水中的应用
高压变频器在恒压供水中的应用

时间:2017/6/17 10:52:16

  核心提示:高压变频装置采用多电平串联技术,6kv系统结构如图1所示,整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kv系列有21个功率单元,每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其电路结构见图2所示,为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥,通过对igbt逆变桥进行正...
高压变频器在恒压供水中的应用
作 者: 石药集团 白献刚 熊彦梅 贡俊鹏[专家点评]

1 引言
我公司动力车间有1#、2#、3#高压循环水泵,正常运行时“二用一备”,3台电机均为直接工频启动,启动电流大,既影响设备寿命又对电网产生较大冲击。昼夜循环水温度变化较大,对循环水量要做出相应的调节。但原设备工频定速运行时,只能靠调节阀门的开度来调节循环水量的大小,通过人为改变管网的阻力,增加管网损耗来调节水量,造成相当大的一部分能量浪费在阀门上,致使电费居高不下。使用阀门调节流量,不仅不能够经济运行,而且增加了工人的工作量,调节不及时还会造成管网压力过高或过低,流量过大或过小,影响生产工艺及设备的安全运行。为了降低生产经济成本,提高工艺精度及工作效率,迫切需要对其中1台循环水泵进行调速节能降耗改造。
  经多次调研、考察,综合比较目前市场上的调速设备,最终决定采用北京利德华福电气技术有限公司生产的harsvert-a06/050直接高-高型变频器对其中1台(3#)循环水泵进行节能改造。利用压力变送器采集循环水主管道压力自动控制变频器输出频率,保持循环水主管道恒压。

2 harsvert-a高压变频调速系统的技术方案
高压变频调速系统的工作原理如下。
高压变频装置采用多电平串联技术,6kv系统结构如图1所示,整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kv系列有21个功率单元,每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其电路结构见图2所示,为基本的交-直-交单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥,通过对igbt逆变桥进行正弦pwm控制,可得到如图3所示的波形。

高压变频器在恒压供水中的应用

图1 高压变频调速系统结构图

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图2 功率单元电路结构

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图3 单元输出的pwm波形

输入侧由移相变压器给每个单元供电,移相变压器的副边绕组分为三组,构成42脉冲整流方式;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近1。另外,由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器
输出侧由每个单元的u、v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的pwm波形进行重组,可得到如图4所示的阶梯pwm波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长,电机不需要降额使用,可直接用于旧设备的改造;同时,电机的谐波损耗大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶片的机械应力。

高压变频器在恒压供水中的应用
图4 变频器输出的相电压阶梯pwm波形

当某一个单元出现故障时,可将此单元模块旁路,退出系统而不影响其他单元的运行。变频器可持续降额运行,如此可减少很多场合下停机造成的损失,避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致整机故障、停机的产生,从而保证了变频器的可靠性。利德华福的产品最多可允许2-3个单元模块的旁路。

3 一次主回路方案
通过咨询,我们决定采用一拖一手动旁路方案:主回路由负荷开关qf、3个高压隔离开关qs1、qs2和qs3及高压变频器组成,如图5所示。其中要求qs2和qs3不能同时闭合,在机械上实现互锁。高压隔离开关qs1、qs2、sq3加装电磁锁,电磁锁的操作电源使用qf的辅助触点闭锁。只有当qf断开时,qs1、qs2、sq3的电磁锁才能得电,可以正常操作。在变频运行时,qs1和qs2闭合,qs3断开,变频器得电启动后,电机处于变频运行状态;工频运行时,qs3闭合,qs1和qs2断开,qf闭合后,电机实现工频直接启动,恢复改造前的运行状态。

高压变频器在恒压供水中的应用

图5 高压变频器工频旁路原理图

4 节能计算
4.1 水泵变频调速的节能原理
根据流体力学原理:
当采用变频调速时,可以按需要升降电机转速,改变水泵的性能曲线,使水泵的额定参数满足工艺要求,根据水泵的相似定律,变速前后水量、水压、功率与转速之间关系为:
q1/q2=n1/n2
h1/h2=(n1/n22
p1/p2=(n1/n23
式中:q1h1p1—风机在n1转速时的水量、水压、功率;
q2h2p2—风机在n2转速时相似工况条件下的水量、水压、功率。
假如转速降低一半,即:n2/n1=1/2,则p2/p1=1/8,可见降低转速能大大降低轴功率,以达到节能的目的。
3#循环水泵功率为450kw,年运行时间8000h,水泵流量q和压力h在采用阀门调节流量时,近似满足如下关系:
h=a-(a-1)q2
其中a为水泵出口封闭时的出口压力,约为140%。
4.2 实际运行的节电计算
(1) 恒压设定。
参考循环水装置工艺要求,得出“压力”是保证循环水工艺的充分条件,即压力达到0.45mpa,才能保证循环水温度要求。泵出口压力过低则无法克服水的势能,无法将循环水送至冷却塔;压力过高则泵出水量增大,经冷却循环水的效率不高。因此决定采用“恒压”闭环控制方法,调整变频装置给定频率,找到工艺所需的压力最低临界点,使其既满足工艺所需压力,又能保证循环水需求量,使进出冷却塔的温差△t稳定在8℃~16℃之间。
(2)3#循环水泵变频运行记录(11月10日),见表1。

表1 3#循环水泵变频运行记录(11月10日)

高压变频器在恒压供水中的应用

(3)统计汇总,见表2。

表2 统计汇总表

高压变频器在恒压供水中的应用

根据公式高压变频器在恒压供水中的应用计算改造前后输出功率变换,见表3。

表3 改造前后输出功率变化情况表

高压变频器在恒压供水中的应用

按循环水泵年运行时间为7000h,电费0.70元/kw·h,单台循环水泵年节电费为:
(470-136)×7000×0.70=163.7万元。

6 结束语
实践证明:harsvert-a06/050型高压变频器在循环水泵上的应用是成功的。使用高压变频器后,节能效果明显;出入口阀门全开,减少了阀门能耗损失;实现了电机的软启动,延长了电机的使用寿命;内置plc通过采集现场的水压数据(4~20ma信号),根据其设定值和实际值的变化情况,自动调节变频器输出频率,控制水泵转速,实现恒压供水,大大提高了脱硫工艺的自动化水平,具有良好的使用价值。

作者简介
白献刚(1979-) 男 ,电气工程及其自动化专业,现供职于于石药集团维生药业(石家庄)有限公司,主要负责电气及自动化设备管理及技术支持。
熊彦梅(1979-) 女,环境科学工程专业,现供职于石药集团恩必普药业有限公司,主要负责设备采购及技术支持。
贡俊鹏(1980-) 女,电气工程及其自动化专业,现供职于维生药业(石家庄)有限公司,任职动力车间仪表自动化技术支持。

参考文献
[1] 高压变频调速系统harsvert-a系列技术手册. 北京利德华福电气技术有限公司.
[2] 高压变频器应用资料汇编-石化行业. 北京利德华福电气技术有限公司.
[3] 杜金城.电气变频调速设计技术[m]. 北京:中国电力出版社, 2002.

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