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级联式高压变频器在钢厂循环风机上的节能应用

2018年12月06日 16:56:14 中国传动网

摘要:本文介绍了新风光电子科技股份有限公司一台高压变频器(型号为JD-BP38-4000F),在山东某钢铁厂循环风机负载的应用情况。高压变频器的现场应用表明,高压变频器对于循环风机具有很好的节能环保、稳定系统效果。

1引言

随着高压变频技术的不断成熟,高压变频器在各个领域得到了广泛应用。高压变频器的巨大节能潜力和优良的调速性能,使得它具有强劲的发展动力和广阔的市场空间。

目前,高压变频技术已经成为冶金领域的有效节能途径,对于大容量电力传动系统,尤其是大容量风机系统进行高压变频改造已成为必然趋势,它为使用大功率传动装备的企业和行业带来了很大的节能效益。此外,对于变频改造后的系统稳定性也有更高的要求,是安全生产得到保障。

2冶金行业风机系统现状分析

目前我国冶金行业中除少量采用液力耦合器及双速电机外,其它风机基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的风机采用入口风门,都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时,由于风机的运行频率高,损耗大,使运行效率降低。

风机的流量与电机转速成正比,压力与转速的平方成正比,而功率与转速的立方成正比。现有调节流量的方法不改变电机的转速,因此电机消耗的功率不变,想要调整风量,就必须调整风门,这样就会使一部分能量损耗在风门上,导致能源浪费。若使用高压变频器对电机进行调速,达到用户期望的流量,此时风门全开,则可以节约大量电能。

3现场分析及变频器配置方案

山东某钢铁厂循环风机应用在锅炉烟风系统,锅炉进气端为高温气体,出气端为低温气体,低温气体又经过加压升温,变为高温气体进入锅炉,整个系统需要循环风机的应用。整个循环风机系统图如图1所示。

图1循环风机系统图

现场工频运行时,存在电机启动过程中电流冲击大,系统不稳定,电能浪费的问题,针对这些问题,进行变频改造,通过现场电机参数进行匹配变频器。

山东某钢铁厂循环风机现场电机参数如下表1所示。

表 1 某钢铁厂循环风机现场电机参数表

山东某钢铁厂循环风机现场电机系统图如图2所示。

图2现场电机系统

考虑到成本和现场工况,本项目变频改造方案是选用新风光电子科技股份有限公司生产的风光牌JD-BP38-4000F高压变频器(4000kW/10kV)对现场除循环风机进行改造,高压变频器技术参数如表2所示。

表 2 高压变频器技术参数

4 新风光高压变频器基本原理介绍

电网电压输入连接到高压变频器的移相变压器上,移相变压器将电压转换为独立的三相690V电压,给每个功率单元供电。移相变压器的作用:第一是将高压降低为低压,给每个功率单元供电;第二是给每个功率单元提供独立的电源,可以使单元进行级联,第三是移相变压器采用延边三角形结构,使单元的输入电压进行移相,减小了对电网的谐波无污染,为真正的完美无谐波。单元级联通过载波移相技术可以使输出电压谐波变小。完善的控制系统,主控系统采用高速DSP为控制核心,控制算法完全数字化,主控箱与功率单元采用高速光纤通讯。整机原理如图3所示。

图3高压变频器系统原理图

5新风光高压变频器主要技术特点

5.1振荡抑制技术

电机轻载或者空载的时候会出现局部不稳定现象,这时电流幅值波动很大,电流的振荡有可能会导致系统因为过流或过压而触发保护【1】。我公司采用优越的电流振荡抑制算法,有效地抑制电流的振荡,保证系统稳定可靠的工作。下图4为循环风机现场试验振荡抑制效果对比。

图4(a)无振荡抑制

图4(b)加振荡抑制

5.2单元级联技术

单元级联如图5所示,由于每个单元的输出电压是相互独立的,单元的输出可以级联在一起,单元的控制信号是通过光纤与主控系统通讯,主控将PWM波信号通过下行通讯光纤传递给每个功率单元,每个功率单元通过相应的单元的保护动作通过上行通讯光纤上传给主控系统。主控产生的PWM信号为载波移相后的PWM信号,单元级联后输出的电压谐波很小。


图5单元级联示意图

5.3强大的电网适应性

在用户主电源瞬时停电、瞬时跌落、厂用电网切换时,变频器应能保证在限定时间内电网恢复后能够自动正常运行。此功能极大的提高了用户的使用性,提高了系统的适应性,从而提高系统在运行中的稳定性。

图6主电源瞬时跌落

6改造效果

根据变频器的运行记录,统计风机的运行状态,得到正常投产运行时频率多数为40Hz。

观察变频器输入侧运行情况(电压10.2kV,运行电流120.7A,功率因数0.96)可知使用变频器功率:P1=10.2×120.7×1.732×0.96=2047kW

根据现场情况(电压10.2kV,运行电流222A,功率因数0.909)可知原来工频消耗功率:

P3=10.2×222×1.732×0.9=3529kW,

这样节电功率为P4=P3-P1=3529-2047=1482kW,

但变频器运行,系统总损耗约为4%(含变压器),这样损耗为:P5=2047×4%=81.9kW,

这样变频器实际节能为:P6=1482-81.9=1400.1kW,

在这种工况下的节电率约为:1400.1/3529×100%=39.6%。

则使用高压变频器后,对于循环风机系统一年所节约的电费为(电价按0.45元计算,整个系统按照一年运行300天计算):

1400.1*24*300*0.45=4536324元=453.6324万元。

7结束语

山东某钢厂循环风机现场设备改造达到了预期目的。循环风机系统的投入使用真正实现节能环保,不仅为企业带来利益,更是响应了国家节能减排及保护环境的号召。整个循环风机系统实现软启动,系统稳定性,安全性得到提高。

供稿:新风光电子科技股份有限公司 荣凯 郑云玲 张

本文链接:tech/detail.aspx?id=34852

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