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項目情況概述

山東某焦化廠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現(xiàn)工藝對風(fēng)量的調(diào)節(jié)。變頻器采用一拖一自動工頻旁路配置方式?？蛻糇孕性诠ゎl回路中配置液阻軟啟動裝置,期望提高系統(tǒng)可靠性。實際運行中如果某臺設(shè)備出現(xiàn)故障,變頻器切 換至工頻回路時,風(fēng)機帶載經(jīng)液阻柜會再次經(jīng)歷一次啟動過程。因液阻柜會產(chǎn)生一定的壓降,風(fēng)機轉(zhuǎn)速會先下降一定幅度,然后快速提升至額定轉(zhuǎn)速,在這個過程中會造成系統(tǒng)風(fēng)量的急劇變化,風(fēng)機震動大,風(fēng)機軸承磨損嚴(yán)重。在液阻柜啟動至額定轉(zhuǎn)速切換瞬間電網(wǎng)會受到較大沖擊,有時甚至無法完成切換,嚴(yán)重時將會造成上級斷路器跳閘,對生產(chǎn)造成較大有影響。

現(xiàn)場工藝流程介紹

焦化廠煤氣鼓風(fēng)機屬于焦化系統(tǒng)關(guān)鍵風(fēng)機,對拖動改風(fēng)機變頻設(shè)備的 可靠性和穩(wěn)定性要求較高 ,非計劃停機一次可造成焦化爐內(nèi)隔熱材料嚴(yán)重受損,爐內(nèi)結(jié)焦,造成重大經(jīng)濟損失,且會造成大量煙塵,在環(huán)保要求越來越嚴(yán)的情況下,嚴(yán)重的情況下會造成企業(yè)停產(chǎn)整頓,造成不可挽回的損 失,在此基礎(chǔ)上我們提出雙機熱冗余高壓變頻器自動切換控制系統(tǒng),經(jīng)過現(xiàn)場的實際應(yīng)用,證明該系統(tǒng)大大提高了煤氣鼓風(fēng)機運行的可靠性,具有廣泛的應(yīng)用推廣價值,并產(chǎn)生可觀的社會經(jīng)濟效益。

為了改善設(shè)備的運行情況,增加煤氣鼓風(fēng)機的穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)的冗余,經(jīng)過我方的現(xiàn)場考察,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(tǒng),代替原來的系統(tǒng)運行方式。本次主要針對3臺煤氣鼓風(fēng)機變頻系統(tǒng)進行升級改造。

系統(tǒng)原理圖

雙機熱冗余系統(tǒng)主回路原理圖

考慮設(shè)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(tǒng)中形成明顯斷點, 提高檢修安全性。非檢修狀態(tài)時,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(tǒng)控制方案

系統(tǒng)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(diào) 柜,接受來自 DCS 或協(xié)調(diào)柜本機觸摸屏的控制信號。系統(tǒng)自動選擇1號或者2號作為主機拖動電機運行,另一臺高壓變頻器處于熱冗余狀態(tài)。當(dāng) 需要手動切換至備用機運行或 1#機需要檢修時,可自動切換至2#運行。

雙機熱冗余技術(shù)方案特點:

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

2、 協(xié)調(diào)系統(tǒng)與變頻器之間采用高速通訊模塊,與傳統(tǒng)采用RS485、硬接線等技術(shù)方案相比,數(shù)據(jù)傳輸速度更快,抗干擾能力更強。

3、 技術(shù)方案中無限流或均流作用器件,進一步提高系統(tǒng)可靠性。

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

5、 一鍵切換功能,使設(shè)備使用簡單,避免因人為操作原因而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。

6、 切換過程毫秒級,整個切換過程平滑無沖擊,負載無任何波動,可 任意方向切換,不受切換次數(shù)等任何條件限制,是真正的無擾動雙 向自由投切,對生產(chǎn)無任何影響。

技術(shù)應(yīng)用意義

雙機熱冗余系統(tǒng)在切換過程時 ,兩臺變頻器輸出電流的切換時間為170μs,相當(dāng)于在接到切換指令后,在一個中斷周期內(nèi)即可完成變頻器輸出模式切換。對電機、工藝完全沒影響,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期穩(wěn)定性運行有積極作用。

項目推廣價值

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

應(yīng)用成效

協(xié)調(diào)柜運行畫面

變頻器運行畫面

根據(jù) GB 12497《三相異步電動機經(jīng)濟運行》強制性國家標(biāo)準(zhǔn)實施監(jiān)督指南中的計算公式,即: 對風(fēng)機、泵類平方轉(zhuǎn)矩負載 ,采用擋板調(diào)節(jié)流 量對應(yīng)電機輸入功率 PL 與流量 Q 的修正關(guān)系為:

式中:Pe——額定流量時電機輸入功率 kWQN——額定量

若流量的調(diào)節(jié)范圍( 0.5～1 )QN,則節(jié)電率可按下式估算 :

如圖所示 :當(dāng)風(fēng)機的實際風(fēng)量 Q 與額定風(fēng)量之比 Q/QN 約為0.75時,現(xiàn)采用雙機熱冗余方案調(diào)速時 ,其節(jié)電率:

考慮到雙機熱冗余系統(tǒng)的綜合效率為 94% ,經(jīng)計算驗證,改造后變頻系統(tǒng)對比原來工頻系統(tǒng)工作,節(jié)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 切換過程中,對轉(zhuǎn)速跟蹤的速度要求較高,需要快速準(zhǔn)確的跟蹤。當(dāng) 1# 變頻停止給電機供電,電機因慣性在定子端產(chǎn)生感應(yīng)電,若2#變頻器運行時不能快速準(zhǔn)確地跟蹤感應(yīng)電的相序,切換瞬間將會造成沖擊,嚴(yán)重時 切換無法順利完成。因此,要求兩臺變頻器輸出具有極高同步性,并且能在長時間運行過程中不斷調(diào)節(jié)。