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合康高壓變頻器在瀋陽聯美熱力供暖有限公司二分廠的供電改造

瀏覽次數✘·│₪: 日期✘·│₪:2018-1-25 15:45:49

摘要✘·│₪:熱力公司冬季耗電量大│☁,由於電的能價比高│☁,在資金有限的情況下│☁,積極引進節電專案能創造更大的效益│☁,減少成本₪↟·。本專案為合康四象限高壓變頻器能量回饋的一個應用│☁,能為使用者節約用電│☁,具有廣泛的應用價值₪↟·。

關鍵詞✘·│₪:變頻  節能  發電


一☁▩✘•、前言

我國北方冬季時間長│☁,熱力公司承擔著冬季供暖的任務│☁,溫暖著千家萬戶₪↟·。正因如此│☁,熱力公司冬季耗電量大│☁,由於電的能價比高│☁,在資金有限的情況下│☁,積極引進節電專案能創造更大的效益│☁,減少成本₪↟·。瀋陽聯美熱力供暖有限公司二分廠供電改造專案為合康四象限高壓變頻器能量回饋的一個應用│☁,能為使用者節約用電│☁,具有廣泛的應用價值₪↟·。


二☁▩✘•、改造方案

本專案所用變頻器為合康HIVERT-YVF10/154│☁,向量控制☁▩✘•、能量回饋☁▩✘•、四象限執行│☁,採用轉子帶速度反饋的向量控制技術₪↟·。由汽輪機+電機+四象限高壓變頻器構成一套完整的發電系統₪↟·。系統轉速穩定控制由汽輪機按DCS指令統一排程₪↟·。變頻器接收來自本地或上位機的給定和邏輯指令│☁,根據這些指令│☁,由變頻控制自動完成發電執行的過程₪↟·。變頻器採用反力矩方式控制發電₪↟·。

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圖1 現場系統拓撲圖

在該專案中監視器主要包含三方面✘·│₪:上位通訊資料交換☁▩✘•、實現功率閉環功能☁▩✘•、系統保護;控制器主要實現以下三個功能✘·│₪:轉速啟動☁▩✘•、反力矩方式控制☁▩✘•、防反轉功能₪↟·。


2.1 功率開環/閉環控制

開環控制✘·│₪:上位機給定系統發電量│☁,監視器採用介面板所採集的變頻器輸入功率作為反饋訊號進行閉環調節₪↟·。

閉環控制✘·│₪:上位機給定變電所進線功率目標值│☁,然後透過通訊將變電所進線功率的實時取樣值傳輸給監視器│☁,監視器將其作為反饋值進行閉環PI調節₪↟·。

因此開環控制與閉環控制所採用的控制模式是一樣的│☁,但是採用的輸入值與反饋值存在區別₪↟·。

監視器功率閉環控制框圖如下所示✘·│₪:

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圖2 功率閉環控制框圖

2.2系統保護功能包括✘·│₪:

(1)廠用電速降功率✘·│₪:

當變電所進線功率小於廠用電速降功率時│☁,則系統進入斜坡停車狀態│☁,變頻器減小發電功率│☁,防止超發₪↟·。

(2)廠用電速停功率

當變電所進線功率小於廠用電立停功率後│☁,變頻器立即停車│☁,停止發電₪↟·。

通常設定時│☁,廠用電速降功率>廠用電立停功率₪↟·。

(3)汽輪機最低轉數

當變頻器所測轉速小於汽輪機最低轉數設定值後│☁,系統自動進入斜坡停車狀態│☁,變頻器減小發電量₪↟·。當變頻器所測轉速不再小於汽輪機最低轉數設定值│☁,則自動恢復至正常狀態₪↟·。其中還包括汽輪機停機轉數│☁,當汽輪機轉數小於某一轉數│☁,則變頻器立刻停機│☁,當前設定為300rpm₪↟·。

(4)通訊故障保護

閉環執行狀態下│☁,當檢測到系統發生通訊斷線(透過心跳位進行判斷)│☁,則變頻器側將自動由閉環執行狀態切換至開環執行狀態繼續執行₪↟·。


2.3系統限制功能

(1)轉矩限制功能

轉矩限制值包括使用者在DCS直接設定的轉矩限制值以及伺服電流限制邏輯計算得到的轉矩限制值₪↟·。對於使用者在DCS直接設定的轉矩限制值₪↟·。當系統反饋值還未達到系統給定值時│☁,如果轉矩輸出值達到限制值後│☁,將以限制值作為輸出₪↟·。比如│☁,開環執行狀態下│☁,當轉矩限制為30%時│☁,如果尚未達到給定量│☁,則PI輸出一直限制在30%│☁,分別在積分值與PI輸出處進行限制₪↟·。但是有一點│☁,假如執行情況下轉矩限制值為30%│☁,此時上位機修改轉矩限制值為20%│☁,需要斜坡下降到20%│☁,不能直接到20%│☁,防止汽輪機出現轉速巨大波動₪↟·。

汽輪機汽門開度(伺服電流反饋值)達到汽輪機汽門開度限制值(伺服電流設定值)後│☁,計算得出的當前轉矩輸出值₪↟·。轉矩限制邏輯中│☁,將以較小的數值為準₪↟·。

(2)發電量限制功能

發電量限制值由使用者直接在上位機上設定₪↟·。開環狀態時│☁,發電量限制由變頻器輸入功率直接進行判斷₪↟·。當變頻器輸入功率絕對值達到發電量限制值時│☁,則將給定訊號進行限制₪↟·。閉環狀態時│☁,給定值為進線功率目標值│☁,反饋值為實際進線功率₪↟·。此時的發電功率限制值│☁,同樣與變頻器輸入功率進行比較│☁,變頻器輸入功率的絕對值達到發電功率限制值後│☁,需要對進線功率目標值進行修正₪↟·。

例如✘·│₪:進線功率目標值=500kW;當前變電所實際進線功率=1000kW;發電功率限制值為300kW₪↟·。當變頻器輸入功率達到-300kW時│☁,進線功率目標值將自動調整至700kW₪↟·。


2.4其它功能

(1)開環☁▩✘•、閉環狀態自由平滑切換

閉環執行狀態下│☁,如果遇到通訊故障│☁,則自動切換到開環執行狀態│☁,等通訊恢復後│☁,在使用者DCS監控介面可以直接切換至閉環狀態₪↟·。正常執行情況下│☁,使用者也可以在DCS監控介面對控制狀態進行隨意切換₪↟·。

(2)斜坡停車功能

斜坡停車狀態下│☁,系統發電量將以斜坡形式緩慢降落│☁,以防止汽輪機轉速波動₪↟·。若斜坡停車期間再次按下執行按鈕│☁,則系統重新開始執行₪↟·。


2.5轉速啟動

轉速啟動又為✘·│₪:“飛車啟動”│☁,即在電機旋轉狀態下啟動₪↟·。變頻器轉速啟動存在於轉速啟動與轉矩控制啟動兩種方式中₪↟·。在啟動變頻器前控制器一直檢測電機的轉速│☁,一旦接到啟動命令│☁,變頻器立即輸出該轉速下對應的頻率│☁,並在此頻率基礎上加減轉速或者加減轉矩│☁,直到達到給定數值₪↟·。


2.6反力矩方式控制

反力矩方式控制即通常所說的轉矩控制方式₪↟·。本系統為汽輪機+電機+四象限高壓變頻器構成的發電系統│☁,以此變頻器執行在第四象限│☁,即轉矩給定方向與系統轉速方向相反₪↟·。

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圖3 四象限執行圖

2.7防反轉功能

防反轉功能✘·│₪:通常情況下│☁,由於汽輪機轉子在軸瓦內旋轉需要油膜│☁,否則就會燒損│☁,但是油膜形成需要條件之一就是有油楔│☁,因為油楔是單向的│☁,長時間反轉會燒損軸瓦│☁,故汽輪機一般不能反轉₪↟·。當主軸動力源消失│☁,變頻器轉矩輸出不變的情況下會將系統拖到反向最大轉速₪↟·。因此│☁,控制器做出如下處理✘·│₪:

監視器設定系統執行最低頻率(絕對值)│☁,當系統轉速執行至最低頻率時│☁,變頻器將系統轉速維持在最低頻率執行₪↟·。這麼做存在著弊端✘·│₪:如果變頻器處於電動狀態│☁,將會維持在最小頻率│☁,到達不了最高頻率限制₪↟·。

系統實際執行過程中│☁,汽輪機先行運轉│☁,轉速通常設定在1000rpm-1400rpm區間│☁,變頻器飛車啟動去匹配汽輪機轉速│☁,而且處於發電狀態│☁,因此不會存在運行於最低限制頻率₪↟·。當汽輪器主動力源消失│☁,系統轉速下降│☁,維持在最低限制頻率│☁,達到防止反轉功能₪↟·。同時│☁,監視器檢測實時轉速│☁,當轉速低於最低頻率│☁,則進行停機處理並報故障₪↟·。

 

三☁▩✘•、合康高壓變頻器主要技術規範

3.1裝置引數

電機的基本引數✘·│₪:

電機型號

變頻式電機 (Yvf或YXVF)

額定功率

1600KW

額定電壓

10KV  

極數

4

額定電流

120A

相數

3

額定轉速

1500r/min   

接法

Y

效率

95.0% 

頻率

50

防護等級

IP54

功率因數

0.89

絕緣等級

F

工作制

S1

安裝形式

臥式

變頻範圍

5-70Hz

冷卻方式

強制風冷

加熱器

220V/1000W

變頻器主要技術性能指標✘·│₪:

變頻器額定容量

2000kVA※

額定電壓

10kV(-20%~+15%)※

額定頻率

50Hz/70Hz(-10%~10%)※

電機控制方式

轉矩控制

控制電源

380VAC,≤30kVA(依功率等級而定)

輸入功率因數

>0.96

額定效率

>0.96變頻部分>98%

輸出頻率範圍

0Hz~120Hz

頻率解析度

0.01Hz/0.002Hz

瞬時過流保護

150%

過載能力

120% 2min

轉矩限流控制

10%~150%設定

模擬量輸入

2路4~20mA /2~10V

模擬量輸出

4路4~20mA

上位通訊

隔離 RS-485 介面│☁,ModBus RTU(可選✘·│₪:Profibus DP☁▩✘•、工業乙太網規約)

加減速時間

5s~1600s(與負載相關)

開關量輸入輸出

12入13出

執行環境溫度

-5℃~+45℃

貯存/運輸溫度

-40℃~+70℃

冷卻方式

強迫風冷

環境溼度

<95%│☁,不結露※

安裝海拔高度

<1000m

粉塵

不導電☁▩✘•、無腐蝕性│☁,<6.5mg/dm3 

防護等級

IP30※

櫃體顏色

PANTONE Cool Gray & 2915U(可根據使用者提供色標定製)

 

3.2變頻器工藝簡介

1.變頻器內部通訊採用光纖連線│☁,以提高通訊速度和抗干擾能力│☁,變頻器內部強弱電訊號分開置光電隔離☁▩✘•、鐵殼遮蔽│☁,對本體控制系統就地控制櫃沒有諧波影響│☁,櫃內設有遮蔽端子和接地設施₪↟·。變頻器裝置冷卻系統可靠│☁,考慮沉餘配置₪↟·。單臺冷卻風機故障不影響系統正常執行│☁,並報警遠傳到控制室₪↟·。每一套冷卻裝置拆裝方便│☁,並不影響變頻裝置的安全可靠執行₪↟·。

2.變頻裝置提供電動機所需的過載☁▩✘•、過流☁▩✘•、過壓☁▩✘•、欠壓☁▩✘•、過熱☁▩✘•、缺相保護以及進線變壓器的保護和變頻器過載│☁,變頻器過熱等保護功能₪↟·。

3.變頻裝置動力電源和控制電源分開供電│☁,動力電源為變頻調速系統內部供電│☁,控制電源獨立於動力電源系統₪↟·。控制電源故障時│☁,變頻器不能立即停機│☁,能保持執行半小時以上│☁,以便維護人員處理電源故障₪↟·。變頻器自備UPS│☁,可維持30min ₪↟·。變頻器可在輸出不帶電機的情況下進行空載除錯│☁,也可在使用380VAC進行控制除錯₪↟·。

 

四☁▩✘•、經濟效益分析✘·│₪:

現場情況✘·│₪:9臺100t鍋爐│☁,平時3臺備用│☁,11月份執行4臺│☁,以此類推│☁,12月份執行5臺│☁,1月份最冷月份6臺鍋爐全執行₪↟·。

未使用發電系統用電情況如下表✘·│₪:

供暖月份

執行鍋爐臺數

每臺鍋爐功耗

1天總耗電量

備註

11月

4臺

2900kw

278400度


12月

5臺

2900kw

348000度


1月

6臺

2900kw

417600度


使用發電系統後節能計算✘·│₪:

裝3臺1600kW變頻器│☁,電機電流108A│☁,如果滿負荷執行1500kW/臺│☁,則每天發電量計算為✘·│₪:1500kW*3*24= 108000度電₪↟·。

供暖月份

使用前1天總耗電量

使用後1天總耗電量

每天節電度數

備註

11月

278400度

170400度

108000


12月

348000度

240000度

108000


1月

417600度

309600度

108000


透過對比可知│☁,使用了汽輪機+電機+四象限高壓變頻器構成的發電系統後│☁,瀋陽聯美熱力供暖有限公司二分電廠每天可節約了108000度電₪↟·。


五☁▩✘•、結論

由此可見✘·│₪:應用汽輪機+電機+四象限高壓變頻器構成的發電系統執行良好│☁,具有明顯的節電效能│☁,在冬季用電量高時│☁,為企業節約了不少電能₪↟·。採用變頻技術(反力矩控制演算法)節電效果明顯│☁,符合國家節能政策│☁,達到了節約能源│☁,降低廠用電量的目的│☁,值得進一步推廣應用₪↟·。


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