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高压变频器在煤气加压机上的应用

供稿:新风光电子科技股份有限公司 2013/1/28 14:53:48

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  • 关键词: 焦化公司
  • 摘要:焦化公司为其下属的一个分公司,焦化公司有一条年产60万吨焦炭的炼焦生产线,其主要产出为焦炭、焦油及煤气

1.项目简介

三联煤电化工是一家集煤炭深加工及发电为一体的综合性公司。焦化公司为其下属的一个分公司,焦化公司有一条年产60万吨焦炭的炼焦生产线,其主要产出为焦炭、焦油及煤气。煤气主要供给后面的电厂发电用。在焦化公司与电厂之间传输煤气用的两台煤气加压机,其主要功能是把焦化公司的焦炉产出的煤气经过风机吸收后,经过加压、通过管道输送给电厂锅炉作为燃气发电。煤气加压机前级为焦捕柜,焦化炉产出的煤气含有较多的焦油。焦捕柜的作用是把煤气中含有的焦油吸收掉。其生产流程图如图1所示。

2现场设备介绍
焦化厂配有两台煤气加压机,该设备为煤气加压系统中并联使用,正常情况下一用一备。煤气加压机选用的风机为罗茨风机,罗茨风机相比于离心风机有两个主要特点:(1)启动时进风门和出风门必须完全打开,(2)进风口进入罗茨风机的气体必须完全打出去。这两台煤气加压机的具体参数如表1、表2所示。


        该设备由于输送的是煤气,煤气中不可避免的含有一些焦油。罗茨风机由于长期运行以后粘附有很多焦油,增加了设备的阻力。另外罗茨风机为风门全开的情况下启动,而且焦油在较冷的情况下阻力更大,所以罗茨风机为典型的重载启动负载。
        原系统6kV高压断路器直接送到电机,没有其他软起设备,高压电机与罗茨风机直接用靠背轮连接。该设备由于是重载启动,并且焦油冷态时阻力很大,所以直接启动时启动电流大,容易造成断路器跳闸,需要多次合闸才能启动。并且启动前还需要给罗茨风机打高温蒸汽加热。另外直接启动有可能影响罗茨风机内部气隙。由于罗茨风机选型偏大,电厂往往不需要罗茨风机满负荷运转,这样风机只好打开回流阀,造成风机运行效率低下,浪费严重,厂领导为了提高煤气加压机的运行效率,经研究决定改造该设备,增加两套软起设备,兼具有调速功能。
        工厂中用于电动机的软启动设备,常用的做法有串水阻启动、串电抗启动、星三角启动、转子串电阻启动、软启动器降压启动和变频启动等。现分别简要叙述如下:
(1)串水阻启动、串电抗启动和星三角启动:启动转矩小,不能满足重负荷启动要求,不能连续启动,不能调速。
(2)转子串电阻:由于该电机为防爆电机,无抽头,不能采用此种启动方式。
(3)液力耦合器:能满足启动要求,也能达到调速要求,但是投资大,调速效率低,维护费用高。
(4)软启动器:不能满足重负荷启动要求,不能连续启动,不能调速。
(5)变频调速以启动转矩大、启动电流小、调速精度高、功能强、可靠性高,操作方便,便于通讯等功能优于以往的传统调速方式,是性能最优的软启动方案。
        综合上述比较,通过招标方式,厂领导决定采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37系列(6kV)高压变频器作为改造项目的适用设备,改造取得了成功。
3风光公司JD-BP37系列高压变频调速系统技术特点
        风光牌JD-BP37系列高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准,输入功率因数高,输出波形质量好,不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电机。2007年,高压变频器被评为中国名牌产品。具体来说,风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外,还具有以下突出特点:
(1)采用高速DSP作为中央处理器,运算速度更快,控制更精准。
(2)飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。
(3)完整的工频/变频自动互切技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜,变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行,旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式,手动旁路需人工操作,适应于无备用装置或不重要的运行工况,自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光公司提供的自动旁路切换柜,不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态,还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能,整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。
(4)旋转中再启动功能。运行过程中高压瞬时掉电3s内恢复,高压变频器不停机,高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。
(5)线电压自动均衡技术(星点漂移技术)。变频器某相有单元故障后,为了使线电压平衡,传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压,而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角,在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。
(6)单元直流电压检测:实时显示检测系统的直流电压,从而实现输出电压的优化控制,降低谐波含量,保证输出电压的精度,提升系统控制性能,并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。
(7)单元内电解电容因采取了公司专利技术,可以将其使用寿命提高1倍。
(8) 散热结构设计合理,单元串联多重化并联结构,IGBT承受的电压较低,可以有较宽的过压范围(≥1.15Ue),设备可靠性更高。
(9) 具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路,此时如果变频器不具备相间短路保护功能,将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出,保护设备不受损害,避免事故的发生。
(10) 限流功能:当变频器输出电流超过设定值,变频器将自动限制电流输出,避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护,最大限度减少停机次数。
(11) 故障自复位功能:当变频器由于负载突变造成单元或是整机过电流保护时,可自动复位,继续运行。
4变频改造控制方案
       为了保证煤气加压系统的可靠性,变频器装置采用自动转换工频方式,当变频器发生故障,停止运行时,电机可以自动切换到工频下运行,这样可以保证煤气加压机的供气要求,提高了整个系统的安全稳定性。
       煤气加压机变频系统具有如下特点:为变频器提供的交流220V控制电源掉电时,由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求,变频器可以使用UPS继续运行,不会停机;在现场速度给定信号掉线时,变频器提供报警的同时,可按原转速继续运行,维持机组的工况不变;变频器配置单元旁路功能,在局部故障时,变频器可将故障单元旁路,降额继续运行,减少突然停机造成的损失,如果变频器出现3个以上的故障单元,可自动转工频运行,可保证生产不受影响。
5变频控制自动旁路柜
       280kW煤气加压机选用JD-BP37-315F(315kW)高压变频器,250kW煤气加压机选用JD-BP37-280F(280kW)高压变频器,两台煤气加压机旁路柜均采用自动转换工频方式。
改造后提供的旁路方案如下:
       旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸,以便在变频器退出而电机运行于旁路时,能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。
       自动旁路柜主回路如图2所示。KM2与KM3实现电气互锁,当KM1、KM2闭合,KM3断开时,电机变频运行;当KM1、KM2断开,KM3闭合时,电机工频运行。另外,KM1闭合时,K1操作手柄被锁死,不能操作;KM2闭合时,K2操作手柄被锁死,不能操作。

        电机工频运行时,若需对变频器进行故障处理或维护,切记在KM1、KM2分闸状态下,将隔离刀闸K1和K2断开。
        合闸闭锁:将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时,真空接触器KM1、KM2合闸不允许;在KM1、KM2合闸状态下,若变频器出现故障,则“合闸允许”断开,KM1、KM2跳闸,分断变频器高压输入电源。
        旁路投入:将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下,若变频器出现故障且自动投入允许,或者需要将电机从变频投入到工频状态运行(按下“工频投切”按钮),系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2,经过一定延时后,“旁路投入”闭合,即工频旁路KM3合闸,电机投入电网工频运行。
6 调试中注意的问题
        原系统改为变频调速系统以后,有一些问题需要重新设定。如:放散阀的压力设定,未改造前的原工频运行,放散阀的压力为6kPa,也就是当罗茨风机后级的气压达到6kPa以上时,才开启放散阀,排泄出多余的煤气。由于罗茨风机的工作特点,必须把进风阀门进入的气体完全打出去,当后级的气压接近6kPa时,罗茨风机负荷较重,电机电流已经超过额定值较多,因为电动机的过载能力较强,且断路器的保护电流较大,后级气压高时,工频运行时一般不会跳闸。改造后变频的过载能力较弱,变频器的过载能力为1.5倍额定电流60s,这样就要求后级的放散阀压力应稍低一些,经过与客户沟通后,建议放散压力为3~4kPa左右。这样煤气加压系统可以进一步降低消耗。
        改造后,高压变频器参数设定,由于是重载启动,需要低频时增加转矩补偿,停车时用户要求自由停车等,设定参数如表3所示:

7 变频改造后设备运行情况
煤气加压机变频改造后,2011年9月15日,两套高压变频器一次性投入生产,至今运行正常。经过测试,系统达到了预期的效果。煤气加压机变频改造后,风机电机输入电流有明显下降,设备实现了软起动,改善了煤气加压设备的运行工况,极大地减轻了设备起动时对供配电系统的冲击。改造效果是非常明显的。
7.1节能情况
改造前工频:280kW、250kW煤气加压机平均运行电流25A,电网电压取6.1kV,功率因数为0.8。平均每小时消耗功率为:

7.2 间接效益
(1)变频改造后,实现电机软启动,启动电流小于额定电流值,启动更平滑。
(2)有效地改善了现场运行环境,由于电机以及负载转速下降,大大降低了设备噪声污染,现场操作人员非常欢迎。
(3)功率因数提高到0.95以上,减少了线路损耗。
(4)减少了维护工作量和维护费用,延长了设备的使用寿命。
采用变频技术调速后,设备随生产工艺变速运行,大大降低了设备负荷率,延长了风机、电机等设备的使用寿命。
(5)变频器具有多项保护功能,十分完善。
与原来旧系统相比较,变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升保护等多项保护功能,更精确地保护了电机。
(6)调速范围宽,调速精度高。
采用变频拖动风机可以在0~50Hz范围内任意调节,调节精度高,调节频率波动可保持在0.1~0.01Hz范围内,便于实现风机系统自动化控制。
8 结束语
       经过变频改造后,煤气加压机实现软起软停,不仅大大降低了工作人员的劳动强度,而且使整个工艺流程更稳定,达到了较好的节能效果。随着国家对节能减排工作的越来越重视,企业通过各种措施降低生产成本,其中变频技术起到了关键作用,取得了明显的经济效益和社会效益,适应了国家建设资源节约型社会的潮流。
参考文献
山东新风光电子使用手册[Z] 山东新风光电子科技发展有限公司。
作者简介:
马 杰,男,高级工程师,供职于三联煤电化工有限责任公司。
胡令芝,男,技术支持工程师,供职于山东新风光电子科技发展有限公司。

更多内容请访问 新风光电子科技股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=33686)

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