項目情況概述

山東某焦化廠(chǎng)3臺煤氣鼓風(fēng)機采用兩用一備共母管的運行方式,每臺風(fēng)機配置一臺高壓變頻器實(shí)現工藝對風(fēng)量的調節。變頻器采用一拖一自動(dòng)工頻旁路配置方式?？蛻?hù)自行在工頻回路中配置液阻軟啟動(dòng)裝置,期望提高系統可靠性。實(shí)際運行中如果某臺設備出現故障,變頻器切 換至工頻回路時(shí),風(fēng)機帶載經(jīng)液阻柜會(huì )再次經(jīng)歷一次啟動(dòng)過(guò)程。因液阻柜會(huì )產(chǎn)生一定的壓降,風(fēng)機轉速會(huì )先下降一定幅度,然后快速提升至額定轉速,在這個(gè)過(guò)程中會(huì )造成系統風(fēng)量的急劇變化,風(fēng)機震動(dòng)大,風(fēng)機軸承磨損嚴重。在液阻柜啟動(dòng)至額定轉速切換瞬間電網(wǎng)會(huì )受到較大沖擊,有時(shí)甚至無(wú)法完成切換,嚴重時(shí)將會(huì )造成上級斷路器跳閘,對生產(chǎn)造成較大有影響。

現場(chǎng)工藝流程介紹

焦化廠(chǎng)煤氣鼓風(fēng)機屬于焦化系統關(guān)鍵風(fēng)機,對拖動(dòng)改風(fēng)機變頻設備的 可靠性和穩定性要求較高 ,非計劃停機一次可造成焦化爐內隔熱材料嚴重受損,爐內結焦,造成重大經(jīng)濟損失,且會(huì )造成大量煙塵,在環(huán)保要求越來(lái)越嚴的情況下,嚴重的情況下會(huì )造成企業(yè)停產(chǎn)整頓,造成不可挽回的損 失,在此基礎上我們提出雙機熱冗余高壓變頻器自動(dòng)切換控制系統,經(jīng)過(guò)現場(chǎng)的實(shí)際應用,證明該系統大大提高了煤氣鼓風(fēng)機運行的可靠性,具有廣泛的應用推廣價(jià)值,并產(chǎn)生可觀(guān)的社會(huì )經(jīng)濟效益。

為了改善設備的運行情況,增加煤氣鼓風(fēng)機的穩定性和提高系統的冗余,經(jīng)過(guò)我方的現場(chǎng)考察,確定采用希望森蘭雙機熱冗余高壓變頻器雙向自由切換系統,代替原來(lái)的系統運行方式。本次主要針對3臺煤氣鼓風(fēng)機變頻系統進(jìn)行升級改造。

系統原理圖

雙機熱冗余系統主回路原理圖

考慮設備檢修及供電冗余,兩臺變頻器供電分別由 10KV I 段 QF1 和 10KV II 段 QF2 提供。

互鎖及要求:

QS11、QS12、QS21、QS22 為隔離刀閘,在系統中形成明顯斷點(diǎn), 提高檢修安全性。非檢修狀態(tài)時(shí),一直處于合閘位置。

QS11 與 KM11、QS12 與 KM12、QS21 與 KM21、QS22 與 KM22 相互聯(lián)鎖。

KM11 與 KM12、KM21 與 KM22 相互聯(lián)鎖。

合閘順序:先合 QF1/QF2 ,再合 KM11/KM21 ,最后合 KM12/KM22。 分閘順序:先分 KM12/KM22 ,再分 KM11/KM21 ,最后分 QF1/QF2。

系統控制方案

系統控制原理圖

本項目采用2臺型號為 SBH-100-500T2 高壓變頻器,配置一臺協(xié)調 柜,接受來(lái)自 DCS 或協(xié)調柜本機觸摸屏的控制信號。系統自動(dòng)選擇1號或者2號作為主機拖動(dòng)電機運行,另一臺高壓變頻器處于熱冗余狀態(tài)。當 需要手動(dòng)切換至備用機運行或 1#機需要檢修時(shí),可自動(dòng)切換至2#運行。

雙機熱冗余技術(shù)方案特點(diǎn):

1、 采用協(xié)調柜對兩臺變頻器進(jìn)行協(xié)調控制,與現行其他方式的主從技術(shù)方案相比,系統冗余性更強,可靠性更高,切換速度更快。

2、 協(xié)調系統與變頻器之間采用高速通訊模塊,與傳統采用RS485、硬接線(xiàn)等技術(shù)方案相比,數據傳輸速度更快,抗干擾能力更強。

3、 技術(shù)方案中無(wú)限流或均流作用器件,進(jìn)一步提高系統可靠性。

4、 雙機熱冗余技術(shù)真正從系統原理上實(shí)現了冗余,任何部件的損壞或異常,不影響系統正常運行。

5、 一鍵切換功能,使設備使用簡(jiǎn)單,避免因人為操作原因而導致的系統故障。

6、 切換過(guò)程毫秒級,整個(gè)切換過(guò)程平滑無(wú)沖擊,負載無(wú)任何波動(dòng),可 任意方向切換,不受切換次數等任何條件限制,是真正的無(wú)擾動(dòng)雙 向自由投切,對生產(chǎn)無(wú)任何影響。

技術(shù)應用意義

雙機熱冗余系統在切換過(guò)程時(shí) ,兩臺變頻器輸出電流的切換時(shí)間為170μs,相當于在接到切換指令后,在一個(gè)中斷周期內即可完成變頻器輸出模式切換。對電機、工藝完全沒(méi)影響,可靠性極高。對于煤氣鼓風(fēng)機、 鍋爐給水泵等重要負載的長(cháng)期穩定性運行有積極作用。

項目推廣價(jià)值

希望森蘭第三代 SBH 高壓變頻器雙機熱冗余系統具有精度高、速度快、能夠自動(dòng)識別電機旋轉方向等特點(diǎn)。切換時(shí)間達ms級,該系統可大大增強系統可靠性,切換過(guò)程平滑無(wú)任何電氣和機械沖擊,對正常生產(chǎn)無(wú)任何影響,真正實(shí)現了雙向自由切換的無(wú)擾動(dòng),可大大提高負載使用壽命,充分保證生產(chǎn)的連續穩定性,特別適合各行業(yè)關(guān)鍵性負載上的使用。

應用成效

協(xié)調柜運行畫(huà)面

變頻器運行畫(huà)面

根據 GB 12497《三相異步電動(dòng)機經(jīng)濟運行》強制性國家標準實(shí)施監督指南中的計算公式,即: 對風(fēng)機、泵類(lèi)平方轉矩負載 ,采用擋板調節流 量對應電機輸入功率 PL 與流量 Q 的修正關(guān)系為:

式中:Pe——額定流量時(shí)電機輸入功率 kWQN——額定量

若流量的調節范圍( 0.5～1 )QN,則節電率可按下式估算 :

如圖所示 :當風(fēng)機的實(shí)際風(fēng)量 Q 與額定風(fēng)量之比 Q/QN 約為0.75時(shí),現采用雙機熱冗余方案調速時(shí) ,其節電率:

考慮到雙機熱冗余系統的綜合效率為 94% ,經(jīng)計算驗證,改造后變頻系統對比原來(lái)工頻系統工作,節電率達38%。

項目案例經(jīng)驗:

因兩臺變頻器的供電不在同一段上,輸入相序不完全一致,在變頻器 切換過(guò)程中,對轉速跟蹤的速度要求較高,需要快速準確的跟蹤。當 1# 變頻停止給電機供電,電機因慣性在定子端產(chǎn)生感應電,若2#變頻器運行時(shí)不能快速準確地跟蹤感應電的相序,切換瞬間將會(huì )造成沖擊,嚴重時(shí) 切換無(wú)法順利完成。因此,要求兩臺變頻器輸出具有極高同步性,并且能在長(cháng)時(shí)間運行過(guò)程中不斷調節。