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英威腾Goodrive5000高压变频器在热网循环水泵上的应用
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1. 引言

供热系统中热力网的稳定主要取决于锅炉、热网循环系统和管线,而热网循环系统主要作用是保证水循环稳定和压力恒定,即控制好水位达到安全运行的目的。供热负荷变化时需要调节水量,如果通过熏黄水泵的出口门的开度来实现,实际上是靠压损来减少给水流量,而电机的出力却没有变化,造成能量大量浪费。所以热网循环泵最佳方案就是采用变频器进行调速,这样就可以将出口门全部打开,通过调节转速来控制流量,可以方便的调整机组的供热量,这样具有非常大的节能潜力。

2. 项目概述

位于黑龙江省的某热电公司的热电厂主要用于密山市居民集中供热,该企业供热热源二期扩建项目,扩建部分的主管网道由#3和#4号热网循环水泵(10kV/710kW)进行供热,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Goodrive5000高压变频器进行项目建设。

3. 系统方案

3.1 系统主回路

热网循环泵采用一拖一变频控制方案。高压变频器接于电压为10 KV的主动力电源系统,用于电动机的变频调速。为了增加运行安全性,变频器另加一套旁路系统,设计方案如下:


热网循环水泵变频系统主要由用户高压开关柜,Goodrive5000高压变频器,水泵驱动电机,循环水泵,进出水口调节阀门等设备组成,变频器内置PID控制器,以回水温度作为PID设定输入,根据室外温度以及用户供热使用情况实时调整电机转速,使其工作在最佳工作点上,此时旁路柜刀闸状态是QS1,QS2闭合,QS3断开,当变频器出现故障或者检修时,断开QS1,QS2,闭合QS3水泵工频运行,此时可以通过传统的方式,即调节进出水口阀门来满足实际的流量需求,旁路柜完全遵循柜体“五防”设计要求,保证系统安全稳定运行。

3.2 Goodrive5000特点

Goodrive5000系列高压变频器是深证市英威腾电气股份有限公司自主研发生产的“高-高”型电压源型高压变频器,系统由控制柜、功率单元柜、变压器柜组成,另外配有手动或自动的旁路切换功能柜,系统典型拓扑如下所示:

 

● 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;

● 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。

4. 节电效益

#3号水泵现场数据记录如下:

参数名称

测量与计算结果

循环水泵#3

工频运行状态

平均电流(A)

43.8

功率因素

0.82

变频运行状态

平均电流(A)

30.1

功率因素

0.96

节电率(%)

17.9%

按每年运行180天计算,可节约电能至少为400187度,当地企业用电电价取0.6元,则年节电费用高达24万元,一年左右就能收回投资成本。

5. 结束语

密山某热电有限公司热网循环泵变频改造后,系统实现了远程DCS集中监控,并且具备自动调节功能,根据实际供热需要系统自动调节变频器运行频率,以达到改变电机转速,不仅节省了大量的电能量浪费,而且操作方便,容易维护,周期缩短,实现了热网循环系统的稳定,在系统维护和操作方面极大的减少了运行成本,同时大幅降低现场工作人员的劳动强度,改善了系统工艺,再次验证了我司Goodrive5000高压变频器在热网循环水泵节能改造方面有较强的推广价值。

参考文献

[1]《GD5000变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2]《热网循环水泵选型及运行节能分析》 郭震环

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