在给水泵的变频改造系统中,初期选用一台500kW/6 kV高压变频调速装置,远期规划两台。系统中上位PC机作为主机,高压变频调速装置作为从机。该系统特点是成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强,尤其适合中远距离控制系统。采用该方案,可直接在中控室调节与控制高压变频调速系统的运行。
上位机采用PC 计算机,在WINOOWs 图形化系统平台上实现友好的人机界面,用文字、表格、图象等显示运行状态、报警、事件记录及其它信息,可实现数据查看、运行控制、目标参数调节等功能,操作方便、显示直观,方便现场运行和维护。
2.2.2.2 控制系统构成
变频改造时所有的信号检测、驱动机构要完全独立于现有的DCS 控制系统,调节可采用定频运行阀门控制,也可采用阀门定开度变频,满足运行需要的汽包蒸发量、给水流量及汽包液位要求。
2.2.2.3 可靠性措施方案
由于发电机组运行可靠性的要求,系统考虑到变频调速系统退出运行后不影响生产,确保给水系统正常运行,结合实际运行状况设计二种故障处理方案,当变频调速系统出现故障时,可将电机投切到工频下运行,恢复到原有系统运行方式。
高压变频系统配备旁路柜,当高压变频调速系统出现故障后高压变频调速系统控制器跳开DL1,连锁关闭出水阀门,同时连锁启动备用水泵。可将电机转切至工频运行,原理如图5所示。
图5中DL1为现有电机用高压断路器,K1、K2、K3为高压隔离刀闸,当变频调速系统故障时,自动断开DL1,操作切换打开K1、K2,闭合K3将电机转为工频。此时变频调速系统从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。
2.2.3 Zinvert 系列智能高压变频调速系统的优势
1)采用先进的多级H 桥单元模块结构,通过高速光纤数字通信技术,实现高压主回路与控制系统的隔离,抗电磁干扰,可靠性高,为直接高压输出型变频调速系统。
2)高功效,无电网污染,.电网侧功率因数高达0.96 以上,谐波失真度小于3%,优于国标与IEC 有关公用电网谐波水平标准的最严格要求,无需功率因数补偿及谐波抑制装置。
3)Zinvert系列高压变频调速系统解决了电机未停车即可直接启动Zinvert系列智能高压变频调速系统的瓶颈问题,无需任何电机测速装置,启动时无电流冲击,确保电机持续运行的可靠性,为高压变频领域独特性能。
4)Zinvert系列高压变频调速系统采用该公司专利技术,主回路设计中充分考虑了电机或是连接电机的高压电缆可能发生的相间短路而设计了三重短路保护,可有效保护变频调速系统免受巨大相间短路故障电流而造成的损坏,从而进一步延长产品寿命和提升了产品运行的可靠性,该产品已通过输出相间短路功能的测试。
5)输入高压瞬时掉电后系统不停机,当高压掉电或者高压输入跌落至65%以下时间较长导致系统停机时,若在设定时间内(最长可至60 s)高压恢复则可自行无冲击启动电机。此功能可有效避免传统高压变频调速系统因母线切换或大负荷启动时,母线电压跌落时间较长情况下所导致的不必要停机现象,实现了全智能自动搜索、无冲击自动启动功能,保证生产持续进行。装置由于自身故障导致停机,在设定时间内若故障恢复亦可自动无冲击再启电机(可通过软件设定是否应用)。
6)系统升降速时间整定不合理时,控制系统自动进行调整,保证电机平稳加速或减速而不停机。
7)耐电网波动能力强,网侧电压在65%至120%额定值内变化时不停机,保证电机持续运行。电网输入侧电压在+15%~-15%范围内波动时,通过电压波动补偿算法来自动补偿输出,可维持输出电压和带载能力保持不变。控制电源采用交、直流输入,多达3路供电,各控制电源互为备用,确保控制器工作的可靠性。
8)系统提供给用户的数字量输入、输出,模拟量输入、输出,通信等接口类型与数量丰富,内置工业PLC 控制器,满足现场各种运行与控制需求。
9)生产厂家具备6 kV高压电机和780 kW 风机实际负载,具有完善的研究、开发、生产、试验条件,可严格保证产品质量。
由于高压变频调速系统对环境(温度、灰尘)要求较高,一般现有进口、国产高压变频调速装置都要求建造专用房间或利用室内闲置位置用于安装高压变频调速系统,并要作外围空气冷却与防尘处理,这时现场工作量较大且要求有相应专业技术。给水泵变频改造选用的Zinvert 系列高压变频调速系统,生产厂家已充分考虑了防尘与冷却问题,在现场只建设简单的基础即可, 一体化箱式安装方式使现场的改造基建投资大大减少,且整个系统的箱式外壳在完全满足防护和抗干扰要求前提下,兼顾了美观性和实用性,直接安装在机组0米层给水泵现场附近。
3 给水泵高压变频改造前后的运行情况比较
进行变频改造后,按锅炉需水量供水,一拖一工况给水压力平均4.8 MPa,变频运行供水63 m3/h,根据等效率曲线,绘出一拖一变频运行H-Q 曲线如图6所示。进行变频改造后,按锅炉需水量供水,二拖一工况给水压力平均7.2 MPa 变频运行供水125m3/h,根据等效率曲线,绘出二拖一变频运行H-Q曲线如图7所示。
改造前后运行数据比较如表2所列。从表2 的数据可见,1#给水泵经过高压变频改造后,其给水系统的管网压力、消耗功率都大大减小,尤其在一拖一运行方式下,其管网压力降低50%左右、消耗功率降低60%;即使在二拖一运行方式下,其管网压力降低9%、消耗功率降低10%,有相当大的经济效益。
4 给水泵高压变频改造的效果评价
4.1 经济效益分析
4.1.1 变频改造前的给水泵运行费用计算
变频改造前假设峰期耗电稳定,电机功率为P11(kW),此功率情况下工作时间为T11(一般16 h);谷期电机功率为P1(2 kW),工作时长为T1(2 一般8h),则改造前日峰期耗电量为W11=P11×T11