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高压变频系统在PVC糊树脂装置冷水站中的应用

更新时间:2009-03-28

某企业20万t/a PVC糊树脂装置搬迁改造项目配套的冷水站水泵功率为560 kW,电压10 kV。因生产工艺的要求,采用了国产变频系统对水泵进行变频调节,开车后运行良好。

1 变频调速系统介绍

变频系统采用一拖一的驱动方式,1台变频器驱动1台电动机,另外1台电动机配置1套手动切换装置,根据现场的需要,变频器可以对电动机进行变频调速控制,也可以在变频器出现故障的情况下实现电动机工频启动。整个系统包括1台高压变频器和1套手动旁路切换装置,主回路接线示意图如图1所示 。

2 变频调速系统组成

变频调速系统由移相变压器、整流单元、逆变单元和控制单元4部分组成,采用单元串联多电平结构。

  

图1 电动机主回路接线示意图Fig.1 Wiring diagram of main circuit of motor

变频器输入电压10 kV,输出电压10 kV,每相8个功率单元,共24个功率单元。每台功率单元整流部分由6个二极管组成,将三相交流电变为直流电,并通过电容器来保持直流电压稳定。直流母线电压通过IGBT逆变单元向电动机输出电能,逆变单元采用PWM控制,实现不同频率和不同电压输出到电动机的定子绕组[1-2]

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2.1 移相变压器

与采用高压器件直接串联的变频器相比,由于不是采用传统的器件串联的方式来实现高压输出,而是采用整个功率单元串联方式,器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压,可直接使用低压功率器件,器件不必串联,不存在由此导致的均压问题。功率单元中采用低压IGBT功率模块,其驱动电路简单,技术成熟可靠。功率单元采用模块化结构,同一变频器内的所有功率单元可以互换,维修非常方便。

2.2 控制器

Nancal系列高压变频调速装置采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,对电网谐波污染小,输入功率因数高,输出波形质量好,不存在谐波引起的电动机附加发热、转矩脉动、噪声、du/dt及共模电压等问题。10 kV电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电,功率单元为交直交型的PWM电压源逆变器结构,输入为三相,输出为单相,实现变压变频的高压直接输出,供给高压电动机。以10 kV输出电压等级为例,每相由8个额定电压为690 V的功率单元串联而成,输出相电压达5 774 V,线电压达10 kV,每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电,功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法,以达到降低输入谐波电流的目的。对于10 kV电压等级变频而言,就是多脉冲的整流电路结构,输入电流波形接近正弦波。由于输入电流谐波失真很低,变频器输入的综合因数可达到0.95以上。

3 Nancal系列高压变频调速装置的优势及特点

控制平台由6713一体化主控板、ARM小屏以及西门子 PLC模块组成。ARM小屏是系统的人机界面,与6713一体化主控板通过RS232通讯,通信协议为MODBUSRTU协议。其中ARM小屏作为主站,6713一体化主控板作为从站。ARM 小屏的主要功能包括监控系统运行情况、设置系统参数、波形显示、报警保障事件记录。6713 一体化主控板是控制平台的核心,主要功能包括:①对输入电压、电流,电动机电压、电流进行采样;②电动机核心控制算法;③变频器、电动机的报警故障逻辑保护;④通过光纤与单元控制板通讯;⑤与ARM 小屏和西门子 PLC 通讯。

逆变器输出采用多电平移相式PWM技术,10 kV输出相当于17电平,输出电压非常接近正弦波,du/dt很小。电平数的增加有利于改善输出波形,由谐波引起的电动机发热、噪声和转矩脉动都大大降低,所以这种变频器对电动机没有特殊要求,可直接用于普通异步电动机,不需要输出滤波器。

影响气动力的另一因素则是雷诺数对于列车动力的影响,什么是雷诺数呢?就是当随着列车速度的增加,列车向前所受的风的反向作用力也变大,伴随着列车速度的提高,与列车相对的风速越来越高,而风速的增加则会使气动力系数随之减小,但减小的程度不会过大,虽然对列车的速度有一定的影响,但是影响是有限的,当风造成的对流速度为50米每秒时,气动力系数就不在会因为对流速度的增加而增加了。

移相变压器起着隔离、移相、变压等作用,保证电网和整流单元的隔离,为整流单元提供电压输入。隔离变压器在提供内部阻抗的同时也减少了对下游设备的影响。每台隔离变压器的变比设计为10 kV/24×690 V,10%阻抗,由电网送来的三相10 kV交流电接入隔离变压器一次接线铜排,变压器包含24个二次绕组,形成48脉冲整流结构。其网侧电流仅含48 k±1及以上次谐波,各次谐波的有效值与其谐波次数成反比,而与基波有效值的比值是谐波次数的倒数。隔离变压器采用不同的变压器连接方式,各功率单元的电源有不同的相位关系,形成多重化连接。多重化移相可以改善变压器输入侧的电流波形,对电网的谐波污染小,输入功率因数高[1]

4 高压变频调速装置的配电设计

高压变频的主进线引自10 kV高压柜,再由高压变频器送至现场高压变频电动机。在现场设置操作柱,控制电动机的启停。信号由高压变频器送至DCS信号电缆,实现状态监控和频率调整。

从表1的计算结果可以看到,过程1和3的计算结果偏差相对较小,过程2都是负偏差,过程3都是正偏差;同时,可以看到过程1中有一个数据明显和其他值不同,因此将该值舍弃,然后按1和3是一类,2、4单独是另一类重新进行单独设置参数进行重新计算,结果见表2。

5 结语

某企业20万t/a PVC糊树脂聚合搬迁改造项目高压冷水站的高压变频器于2015年投产运行,运行状态良好,满足工况要求。根据工艺要求的DCS调节频率给定,实现了变频调节,达到了调整流量的目的,同时也具有一定的节能作用。

[参考文献]

[1] 倚鹏.高压大功率变频器技术原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007:1-10.

[2] 韩安荣.通用变频器原理[M].2版.北京:机械工业出版社,2000:100-110.

 
李贺,田金凤,王双勇
《聚氯乙烯》 2018年第03期
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