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項目情況概述

山東某焦化廠3臺煤氣鼓風機采用兩用一備共母管的運行方式,每臺風機配置一臺高壓變頻器實現工藝對風量的調節。變頻器采用一拖一自動工頻旁路配置方式。客戶自行在工頻回路中配置液阻軟啟動裝置,期望提高系統可靠性。實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,風機帶載經液阻柜會再次經歷一次啟動過程。因液阻柜會產生一定的壓降,風機轉速會先下降一定幅度,然后快速提升至額定轉速,在這個過程中會造成系統風量的急劇變化,風機震動大,風機軸承磨損嚴重。在液阻柜啟動至額定轉速切換瞬間電網會受到較大沖擊,有時甚至無法完成切換,嚴重時將會造成上級斷路器跳閘,對生產造成較大有影響。

現場工藝流程介紹

焦化廠煤氣鼓風機屬于焦化系統關鍵風機,對拖動改風機變頻設備的 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,造成重大經濟損失,且會造成大量煙塵,在環保要求越來越嚴的情況下,嚴重的情況下會造成企業停產整頓,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切換控制系統,經過現場的實際應用,證明該系統大大提高了煤氣鼓風機運行的可靠性,具有廣泛的應用推廣價值,并產生可觀的社會經濟效益。

為了改善設備的運行情況,增加煤氣鼓風機的穩定性和提高系統的冗余,經過我方的現場考察,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,代替原來的系統運行方式。本次主要針對3臺煤氣鼓風機變頻系統進行升級改造。

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, 提高檢修安全性。非檢修狀態時,一直處于合閘位置。

QS11 與 KM11、QS12 與 KM12、QS21 與 KM21、QS22 與 KM22 相互聯鎖。

KM11 與 KM12、KM21 與 KM22 相互聯鎖。

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,配置一臺協調 柜,接受來自 DCS 或協調柜本機觸摸屏的控制信號。系統自動選擇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。當 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。

雙機熱冗余技術方案特點:

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

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

3、 技術方案中無限流或均流作用器件,進一步提高系統可靠性。

4、 雙機熱冗余技術真正從系統原理上實現了冗余,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,使設備使用簡單,避免因人為操作原因而導致的系統故障。

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,不受切換次數等任何條件限制,是真正的無擾動雙 向自由投切,對生產無任何影響。

技術應用意義

雙機熱冗余系統在切換過程時 ,兩臺變頻器輸出電流的切換時間為170μs,相當于在接到切換指令后,在一個中斷周期內即可完成變頻器輸出模式切換。對電機、工藝完全沒影響,可靠性極高。對于煤氣鼓風機、 鍋爐給水泵等重要負載的長期穩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具有精度高、速度快、能夠自動識別電機旋轉方向等特點。切換時間達ms級,該系統可大大增強系統可靠性,切換過程平滑無任何電氣和機械沖擊,對正常生產無任何影響,真正實現了雙向自由切換的無擾動,可大大提高負載使用壽命,充分保證生產的連續穩定性,特別適合各行業關鍵性負載上的使用。

應用成效

協調柜運行畫面

變頻器運行畫面

根據 GB 12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監督指南中的計算公式,即: 對風機、泵類平方轉矩負載 ,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

若流量的調節范圍( 0.5～1 )QN,則節電率可按下式估算 :

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

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

項目案例經驗:

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生感應電,若2#變頻器運行時不能快速準確地跟蹤感應電的相序,切換瞬間將會造成沖擊,嚴重時 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節。