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英威腾Goodrive5000高压变频器在某生物质发电公司的应用
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关键词: 生物质电厂  给水泵  一拖一    高压变频器


摘要:本文介绍了英威腾Goodrive5000系列高压变频器在某绿色能源开发有限公司给水泵上的应用。


一、引言


 我国生物质能资源非常丰富,发展生物质发电产业前景广阔。一方面,中国农作物播种面积有18亿亩,年产生物质约7亿吨。相当于3.5亿吨标准煤。此外,农产品加工废弃物包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣和棉籽壳等,也是重要的生物质资源。另一方面,我国现有森林面积约1.95亿公顷,森林覆盖率20.36%,每年可获得生物质资源量约8亿至10亿吨。


同时,发展生物质发电,实施煤炭替代,可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放,产生巨大的环境效益。与传统化石燃料相比,生物质能属于清洁燃料,燃烧后二氧化碳排放属于自然界的碳循环,不形成污染。据测算,运营1台2.5万kW的生物质发电机组,与同类型火电机组相比,可减少二氧化碳排放约10万t/a。


到2025年之前,可再生能源中,生物质能发电将占据主导地位。未来,利用生物质再生能源发电已经成为解决能源短缺的重要途径之一。


二、项目介绍


该项目电厂容量为4×12MW,分两期建设,一期建设2×12MW供热发电机组。每年燃用稻壳量约20万吨,年发电量144GWH,产品销售收入8489万元,年上缴税金1417万元,其中增值税1288万元。年利润率为10.45%,在10年后可收回成本,具有良好的社会效益和经济效益。


为了进一步降低发电厂用电率,降低发电成本,提高电价竞争力,决定对系统内的给水泵进行变频调速拖动,选用我司GD5000系列高压变频器


三、系统方案


  1. 主回路方案:

由于给水泵属于重要负载,除考虑正常运行情况下采用变频方案外,还需考虑变频检修时采用工频运行方案,所以经过多方面考虑,最终采用一拖一手动旁路方案。


 

图表 2一拖一手动切换方案


一拖一手动旁路柜是由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计,变频器输出QS2和旁路高压隔离开关QS3机械闭锁,完全能够保证变频调速系统安全运行。


1. 在变频运行状况下,QS1、QS2闭合,QS3断开。

如需手动切换至工频运行时,系统先停止变频器输出,断开用户开关,再由机械操作依次断开QS1、QS2,然后机械操作闭合QS3,使电机切换至工频侧,再合上用户开关,使电机工频运行;

2. 在工频旁路运行状况下,QS3闭合,QS1、QS2断开。


如需手动切换至变频运行时,系统先断开用户开关,由机械操作断开QS3,然后由机械操作依次闭合QS2、QS1,使电机切换至变频侧,再合上用户开关。


2. 控制系统方案


为了更方便的操作,变频器的起停在机旁箱进行控制,在DCS上进行监控。频率调节通过前级的传感器返回的电流模拟量信号(4—20mA)进行PID控制。其具体控制信号如下:


2.1 与高压开关柜联锁信号



序号

名称

性质

说明

备注

1

合闸允许

DO开关量

允许用户合高压电源

独立无源干接点

1

高压跳闸

DO开关量

跳用户高压电源

独立无源干接点


1)合闸允许:常开接点,闭合有效,此信号串联在供电高压开关柜的合闸回路中,当变频器自检完成或系统处于工频状态时,信号闭合,允许用户合高压电;


2)高压跳闸:常闭接点,断开有效,此信号并联在供电高压开关柜的分闸回路上,当变频器发生重大故障或急停信号有效时,分断用户高压电;


2.2 变频器DO信号



序号

名称

性质

说明

备注

1

变频器故障

DO开关量

变频器处于故障状态

独立无源干接点

2

变频器运行

DO开关量

变频器处于运行中

独立无源干接点

3

系统就绪

DO开关量

变频器自检完成,待机中

独立无源干接点


以上输出信号全部为独立无源干接点,默认为常开接点,闭合有效,容量大小为250V AC 5A。


2.3 变频器DI信号



序号

名称

性质

说明

备注

1

变频器运行

DI开关量

运行指令

独立无源干接点

2

变频器停止

DI开关量

停止指令

独立无源干接点

3

复位

DI开关量

故障复位指令

独立无源干接点

4

急停

DI开关量

紧急停机并联跳高压

独立无源干接点


以上输入信号仅需客户提供独立无源干接点,脉冲信号,除急停外,其它信号均默认为常开接点,闭合有效;


2.4 变频器AI信号



序号

名称

性质

说明

备注

1

频率给定

AI(4~20mA)

对应频率给定0~50Hz

模拟量信号

2

备用

AI(4~20mA)

备用

模拟量信号


2.5 变频器AO信号



序号

名称

性质

说明

备注

1

频率反馈

A0(4~20mA)

对应输出频率0~50Hz

模拟量信号

2

电流反馈

AO(4~20mA)

对应0~2倍的电机额定电流

模拟量信号


四、现场实际运行照片


 

现场变频器运行照片


 

现场电机照片


 五、 改造后的效果:


1.   变频调速的节能

由于采用变频调速后,风机水泵负载的节能效果最明显,节电率可达到15%~60%,这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例,当用户需要的平均流量较小时,风机水泵的转速较低,其节能效果也是十分可观的。而传统的挡板和阀门进行流量调节时,耗用功率变化不大。由于这类负载很多,约占交流电动机总容量的20%~30%。


2.  网侧功率因数提高


原电机直接由工频驱动时,满载时功率因数为0.81左右,实际运行功率因数远低于0.8。采用变频调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.9以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。


3.  设备运行与维护费用下降


采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机水泵转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长;并且变频改造后阀门开度可达100%,运行中不承受压力,可显著减少阀门的维护量。变频器运行中,只需定期对变频器除尘,不用停机,保证了生产的连续性。随着生产的需要,调节风机水泵的转速,进而调节风机水泵流量、压力既满足生产工艺的要求,工作强度又大大降低。采用变频技术调速后,减少了机械磨损,维护工作量降低,检修费用下降。


4.  用变频调速装置后,可对电机实现软启动,启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍,对电网无任何冲击,电机使用寿命延长。在整个运行范围内,电机可保证运行平稳,损耗减小,温升正常。风机水泵启动时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。


5.  与原来旧系统相比变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能,更完善地保护了电机。


6.  操作简单,运行方便。可通过计算机远程给定等参数,实现智能调节。


7.   适应电网电压波动能力强电压工作范围宽,电网电压在-10%~+10%之间波动时,系统均可正常运行。


六、 结束语


  随着电力行业改革的不断深化,以及竞价上网、经济调度等政策的逐步实施,降低发电厂用电率,降低发电成本,提高电价竞争力,已成为各发电厂努力追求的经济目标;采用高压变频技术对高能耗用电设备进行技术改造,不仅能直接降低厂用电、降低供电煤耗、增加上网电量带来的直接经济效益,而且对设备的安全、可靠运行,减少设备故障等都起到了积极的作用。


参考文献:


【1】  《GD5000系列高压变频器产品说明书》 深圳市英威腾电气股份有限公司

【2】  《变频器在工业锅炉给水上的应用》陈一化

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