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英威腾Goodrive5000系列高压变频器在晋煤集团的应用
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摘  要:本文介绍了英威腾Goodrive5000高压变频器在晋煤集团旗下企业上的应用,并结合项目的具体情况,阐述了项目建设期间遇到的问题和相应的解决方案,同时对高压变频器的节能效果进行了分析。

关键词:英威腾  Goodrive5000 高压变频器  风机  节能

1.引言

风机,水泵作为工业企业中的重要辅助设备,功率大,能耗高,在整个企业的能源消耗中占有相当大的比例。目前,随着能源供应日趋紧张,环境破坏日趋严重,节能减排已成为我国的基本国策,各企业必须通过各种途径降低能耗,改善工艺,以获得最佳的经济效益和最高的劳动生产率,因此高压变频器进行节能改造对于工业企业降低生产成本、提高生产效率和产品竞争力有着尤为重要的意义。

2.项目概况

晋煤集团是全中国最大的煤化工企业集团,2013年位列世界企业500强第435位,中国企业500强第79位,中国企业效益200佳第132位,实现营业收入2000亿元以上。作为晋煤集团旗下的一个全资子公司,河南晋煤天庆煤化工有限责任公司是河南省煤化行业重点发展企业之一,公司主营业务为液氮、尿素、煤制燃气等化肥化工产品。

2013年该企业投建一套现代化尿素生产装置,新建项目中装配了4组锅炉系统,其中2组用来发电,另外2组产生蒸汽作为尿素生产的原料,每组锅炉均配置2台引风机,共8台,电机容量为10kV/800kW,锅炉给水泵电机容量为10kV/1600kW。为了响应国家节能减排的号召,提高企业核心竞争力,该公司经多方实地考察调研,最终选择了我司GD5000高压变频器进行项目建设。

3.方案分析

众所周知,在锅炉系统中,引风机和给水泵是非常关键的辅助设备,运行过程中稍有问题就会引起锅炉系统无法正常工作,影响生产,严重时可能造成锅炉等相关设备严重损坏,给企业带来不可估量的经济损失,而且煤化工企业生产连续性较强,除了检修期间,一般不允许停机,因此,对高压变频器的性能有较高的要求。

为了保证产品质量,我司产品的核心器件(如:直流母线电容,IGBT,ARM,DSP,FPGA等)均采用了国外知名品牌,为了进一步提高系统稳定性,经过与客户技术人员多次沟通,现场每台变频器采用一拖一手动旁路柜方案,以做工频备用,而且变频系统通过硬连接的方式与用户DCS进行数据交换,实现了设备集中化管理与监控。变频器选型如下表所示:


变频器型号 数量 电机参数 负载
GD5000-A1000-10-S 8 10kV/800kW 引风机
GD5000-A2000-10-S 1 10kV/1600kW 给水泵

由于变频器数量较多,而且客户现场变频器室空间有限,热量不容易散发,正常情况下室内需要装配空调进行冷却。一般情况下,变频器大约4%的能量以热量的形式耗散,则9台机器总散热功率为320kW,在不考虑其它因素的情况下,需要总功率约为128匹的空调(1匹空调的制冷量大约为2.5kW),每年按运行300天来算,则产生的电费为677376元,由此产生的电费是一笔不小的数目。为了给客户节省成本,我司技术人员经过多次实地考察和周密的分析计算,决定采用风道式散热方式,即将变频器产生的热风通过风道直接排到室外,这样可节省空调设备、电费等一系列的开支。另外,进风孔还加装过滤网,做了防尘处理。实践证明,此种冷却方式既简单又经济,维护也方便,完全满足客户要求。

4.Goodrive5000产品介绍

深圳市英威腾电气股份有限公司的GD5000系列高压变频器由变压器柜、功率单元柜和控制柜三个部分组成,系统采用了当前最主流成熟的功率单元串联结构,控制系统采用DSP+ARM+FPGA三核技术,集成了最为先进的矢量控制算法,同时兼容高性能VF控制方式,主要具有以下的应用特点: 

 

输入输出“完美无谐波”

Goodrive5000系列高压变频器设计时遵循了最严格的电压、电流谐波畸变标准IEEE 519 1992,输入侧通过移相变压器进行多脉冲整流(10kV为48脉冲),网侧电流谐波小,其THD≤2%;输出采用了多重化PWM技术,输出为近乎完美的正弦波,无需加装输出滤波器,电机转矩脉动小,输出dV/dt和共模电压小,对电动机无应力损害,其输出电流THD≤2%。

 

高功率因素与高效率 

Goodrive5000高压变频器在满载情况下,系统在没有使用任何外部功率因素补偿装置的情况下,功率因素≥0.97;整机效率≥0.96。

 

LVRT低电压穿越技术

Goodrive5000系列高压变频调速系统具有AVR(电压自动调节)功能,在母线电压频繁波动的场合,系统输出稳定。电网电压在-15% ~ +20%之间波动,系统仍能满载输出;电网电压在-50% ~-15%之间波动,系统不停机,降额运行。

系统运行过程中,在设置的时间内(0~5s可设置)掉电,系统不停机,而且电网恢复正常后能自行启动,避免了系统电源瞬间掉电时因停机造成的影响。

全频段转速追踪

Goodrive5000系列高压变频调速系统在无速度传感器的情况下能精准追踪电机当前的转速与方向,可轻松实现飞车启动;

强大的过载能力

Goodrive5000系列高压变频器在选择器件时留有充足的裕量,在120%额定电流的情况下可持续运行2分钟,150%额定电流持续5s,200%额定电流则立即保护;

加减速自适应功能

Goodrive5000系列变频器具有优异的“防失速”功能,当加减速时间设置不合理时,系统能自动调节,保证系统不会因加减速时间设置过短而使系统产生过压过流导致停机的现象发生;

频率跳跃功能

Goodrive5000系列变频器具有2组(可定制)共振点频率跳跃功能,可避免设备喘振现象。当变频器某个输出频率点使整个系统发生共振时,变频器可以设定跳跃过此频率,防止共振对设备的危害;

多种单元旁路技术

Goodrive5000系列变频器功率单元在发生故障时可手动或自动旁路,旁路技术有同级旁路和中性点偏移旁路两种。故障单元旁路时,可利用功率单元内部模块旁路(电子式旁路),亦可利用外部接触器旁路(机械式旁路);

丰富的用户端子接口

Goodrive5000系列高压变频器提供16路数字量输入,20路继电器输出,3路模拟量输入,4路模拟量输出,1路高速脉冲输入,1路高速脉冲输出端子,每个端子的功能都可以使用功能码进行设定;

丰富的总线接口

Goodrive5000系列高压变频器支持Modbus,Profibus(选配),UDP/IP(选配)协议,方便与用户DCS系统相连,实现设备集中化监控和管理;

支持远程/就地操作

Goodrive5000系列高压变频器支持两种操作方式:就地和远程。就地状态下,可通过控制面板上的触摸屏对变频器进行操作;远程状态下,可通过用户多功能端子或者现场总线对变频器进行设置和监控;

完善的保护功能

Goodrive5000系列高压变频器具有完善的保护功能。部分保护功能如下:接地保护,短路保护,过载保护,过流保护,过压保护,欠压保护,过热保护,缺相保护,光纤故障保护等。发生故障时,系统会发出声光警报,人机界面会显示故障类型以及确切的位置,同时变频器会根据用户的设置进行保护动作,如当发生重故障时,系统停机并联跳输入侧高压开关;

友好的人机交互界面

Goodrive5000系列高压变频器具有友好、快捷的中文操作界面,软件完全自主开发,标准化设计;界面显示内容丰富且直观形象,可操作性强,能够实时显示系统状态变量,具有故障信息查询、运行数据记录、变频器参数查询及设置等功能。

5.效益分析

根据变频器运行数据分析得知,引风机和给水泵节电率至少达到26%,9台电机总功率为8000kW,按每年运行300天计算,可节约电能至少为14976000度,当地企业用电电价取0.6元,则年节电费用高达8985600元。

从数据分析可以看出,使用变频器后,不仅在节能方面给企业带来巨大的效益,而且对尿素的生产工艺有了明显的改善,如无启动冲击电流,自动化程度高,设备维护周期长,维护简单,成本降低等。

6.结束语

晋煤天庆尿素生产线投运以来,我司变频器运行情况良好,获得了明显的经济效益,得到了客户和现场操作人员的一致好评和认可。此次英威腾GD5000高压变频器在煤化企业中的成功运用,不仅帮客户解决了“高能耗,低效率”的问题,而且为我司在该行业内的发展打下了坚实的基础,同时还增强了广大客户对我司产品的信心。

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