PDF《变频调速装置在我站热电厂给水泵电机上的应用》

变频调速装置在我站热电厂给水泵电机上的应用 橄宇靖, 杨海广, 邬晓锁, 高立荣 Ξ (内蒙古远兴天然碱股份有限公司碱湖试验站) 关键词 给水泵电机、 高压、 变频调速、 节能

1 技改背景 我站热电厂锅炉给水泵共有机组两台, 水泵机 组的具体参数如下: 离心水泵: D G85- 67*9 流量: 85m

3 h 扬程: 603m 转速: 2950r m in 轴功率: 250KW 配套电机: Y450 -

2 280KW 电压等级: 10KV 额定功率: 280KW 额定电流: 20A 功率因数: 0.

85 额定转速: 2950r m in.在正常工作时一台水泵 运行, 另一台水泵作为备用, 每15 天倒泵一次进行 检修, 两水泵的入口侧的取水均取自除氧器出口的 公用母管, 出口侧汇入同一母管, 母管的出口阀门全 部打开, 压力的调节靠出口侧的电动调节阀进行调 节 (现正常运行时的阀门开度在

1 2 处) , 母管压力 基本上恒定在 5.

4 M PΑ .而不是根据实际用水量进 行调节, 浪费了大量的水资源和电力资源, 具有较大 的节能潜力, 而且该电机的控制是利用 10KV 真空 断路器进行起停电机, 无法具有软起动的功能, 对传 动系统磨损严重, 电机功率因数低, 每起动一次, 起 动电流高达额定电流的 4-

7 倍, 大大地缩短了定子 绕组的使用寿命, 甚至会造成重大设备事故而影响 正常生产, 由于机械冲击大、 震动严重, 从而致使电 机轴承更换频繁, 经常出现轴承内径与轴跑圈的现 象, 同时水泵的平衡盘与平衡环更换频繁, 每年给我 站造成高昂的修理费用.

111 水泵变频系统的构成与特点 采用 H arsvert- A 高压变频器根据实际需要对 水泵进行变频改造, 既保证和改善了工艺, 又达到了 节能降耗的目的和效果.水泵配套电机采用 '

一拖 一'

变频控制, 按照实际需要的流量和压力同时进行 调节运行, 完全能够满足锅炉的生产需要, 通过在水 泵出口侧的母管加装一台压力传感, 传感器检测的 4- 20mA 信号上传至 PLC, PLC 通过对压力的检 测值与给定值相比较, 在PLC 内部进行 P I D 运算调 节, 根据实际需要升速或降速, 保证母管压力恒定在 5. 4M PΑ . 同时传感器检测的 4- 20mA 信号上传至 PLC 后, PLC 通过对压力的检测作出压力的上限和 下限报警, 对应的压力低变频器迅速升速, 压力高变 频器迅速降速, 实现整个系统的自动控制.

112 水泵高压变频调速系统的功能 ①系统调频范围 0- 50H Z. ②系统负责本调速工段内的设备调节和优化控 制, 采集本段内模拟量、 开关量等信号. ③信号接口: 变频器送给 PLC 系统的模拟量为 电机转速, 开关量有: 变频器运行、 故障、 控制电源消 失等, PLC 系统送到变频器的开关量为启停等. ④保护配置: 变频器内的保护齐全, 有运行中开 门、 冷却风扇停运、 变频器过热、 输入电压过低、 负载 超速、 功率单元异常、 接地等各类型保护, 并完全具 备对自身及电机的保护功能. ⑤保护行为: 机组运行过程中, 由于各种原因发 生厂用电切换, 会造成控制电源消失, 为避免因此使 变频器停电, 在变频器内部配备的U PS. ⑥变频水泵具有软起动和软停止的功能, 消除 了起动对电网的冲击, 也消除了水泵系统中的喘震 现象, 也延长了水泵的使用寿命. ⑦系统的变频水泵实现了变频供电和电网供电 相互切换运行, 可自动切换, 当水泵在运行时, 如果 变频器出现严重故障, 系统自动将电机切换到工频 电网运行. ⑧系统变频水泵具有互锁功能, 确保同一电机 不出现变频、 工频同时起动.

2 水泵高压变频调速系统旁路方案 此方案是手动旁路的典型方案, 即将高压变频 调速装置并在原真空断路器控制的旁路上, 由此实 现互为备用, 它的原理是由

3 个高压隔离开关Q S

1、 Q S2 和Q S3 组成 (见右图, 其中 Q F 为原高压隔离 开关柜内的断路器).要求Q S2 和Q S3 不能同时闭 合, 在机械上实现互锁.变频运行时, Q S1 和Q S2 闭合, Q S3 断开;

工频运行时, Q S3 闭合, Q S1 和QS2 断开, 这样其优点是在检修变频时, 有明显的 断电点, 能够确保人身安全, 同时手动可将负载投入

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2006 年第

1 期 内蒙古石油化工 Ξ 收稿日期: 2005- 11-

15 作者简介: 杨海广, 男, 工程师, 毕业于内蒙古广播电视大学伊盟分校, 碱湖试验站设备动力部. 工频电网运行.

3 目前国内异步电机调速发展的概况 目前, 大功率高压异步电动机的主要调速方式 有以下几种: 串级调速、 内反馈串级调速、 液力耦合 器调速、 及变频调速等.

311 串级调速――优点是可以回收转差功率, 所以 调速效率比较高. 但存在的问题比较多: 它不适合于 鼠笼型异步电动机, 必须更换电机;

不能实现软启 动, 启动过程非常复杂;

启动电流大;

调速范围有限;

响应慢不易实现闭环控制;

功率因数和效率低, 并随 着转速的调低急剧下降很难实现同 PLC 和DCS 等 控制系统的配合, 对提高装置的整体自动化程度和 实现优化控制无益;

同时因控制装置比较复杂、 谐波 污染大对电网有较大的干扰;

进一步限制了它的使 用.

312 内反馈串级调速――它是在串级调速的基础 上发展起来的, 它在普通绕线电机的定子绕组(主绕 组) 同槽放置一套绕组(称调节绕组) 而制造成的内 反馈串级调速电机, 将该电机的部分转子能量取出 以改变电动机用以产生拖动转矩, 使主绕组从电网 吸收的能量下降来实现节能. 优点: 具有串级调速的 全部优点, 体积小. 缺点: 需要更换专用电机, 滑环处 理不当容易出现事故;

虽采用频敏变阻器启动但启 动电流仍很大(3- 4Ie) , 对电机和电网的冲击很大, 启动复杂;

调速范围小;

输入功率因数和效率低;

电 机侧由于可控硅的逆变衍生出大量的高次谐波, 加 速电机绝缘老化, 电机的喘振现象无法消除.

313 液力耦合器调节器调速――属低效调速方式, 调速范围有限, 高速丢转约 5% - 10% , 低速转差损 耗大, 最高可达额定功率的 15% , 因效率和转速成 正比, 低速时效率及低, 精度低、 线性度差、 响应慢、 启动电流大、 装置大, 必须加装在设备与电机之间, 不易改造;

无法软启动, 耦合器故障时, 无法切换运 行, 维护复杂、 费用大, 不能满足提高装置整体自动 化水平的需要.

314 高压变频调速――它应用了先进的电子技术、 计算机控制技术、 通信技术和高压电气、 电机拖动等 综合性领域的学科技术, 因此具有其它调速方式无 法比拟的优点: ①变频器采用液晶显示数字界面, 调 整触摸式面板, 可随时显示电压、 电流、 频率、 电机转 速, 可非常直观地显示电机在任何时间的时实状态. ②精确的频率分辨和很高的调速精度, 完全可以满 足各种生产工艺工况的需要.③具有国际通用的外 部接口, 可以同可编程控制器 (PLC) 和工控机等各 种仪表连接, 并可以与原设备控制回路相连接, 购成 部分闭环系统实现联锁控制.④具有电力电子保护 和工业电气保护功能, 保护变频器和电机在正常运 行和故障时安全可靠.⑤电机可实现软启动、 软制 动;

启动电流小, 小于电机的额定电流;

电机启动时 间连续可调, 减少了对电网的影响. ⑥具有就地与异 地操作的功能, 另可通过互联网实现远程监控的功 能.⑦减少配件损耗, 延长设备使用寿命, 提高生产 效率.⑧高压变频调速系统采用 高- 高 变换形 式, 为单元串联多电平拓扑结构, 主体结构由多组功 率模块串并联而成, 从而由各组低压叠加而产生需 要的高压输出, 它对电网谐波污染小, 总体谐波畸变 THD 小于 4% , 输入功率因数高, 不必采用输入谐 波滤波器和功率因数补偿装置;

输出波形质量好, 不 存在谐波........