1、引言

煙臺(tái)臺(tái)海瑪努爾核電設(shè)備有限公司(THM)是煙臺(tái)市臺(tái)海集團(tuán)有限公司于2006年12月15日創(chuàng)建的專業(yè)致力于“百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站”回路主管道生產(chǎn)的企業(yè)。同時(shí)也是全國(guó)唯一一家同時(shí)具備二代和三代核電主管道生產(chǎn)能力的制造企業(yè)。該公司在原有的6000噸水壓機(jī)的基礎(chǔ)之上于2012年8月再次購(gòu)進(jìn)萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)，如圖2所示。

為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召，提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該萬(wàn)噸水壓機(jī)水泵的高壓拖動(dòng)電機(jī)采用全數(shù)字交流變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)控制。高壓變頻器直接串聯(lián)于高壓電源與電機(jī)之間，對(duì)高壓拖動(dòng)電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)水壓機(jī)所需壓力的大小。整個(gè)萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)(DCS)。通過(guò)計(jì)算機(jī)和本地控制，既大大的提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，滿足了生產(chǎn)要求，節(jié)約了能源，同時(shí)提高了萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行的靈活性，降低了運(yùn)行維護(hù)成本，為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2、萬(wàn)噸水壓機(jī)的運(yùn)行工況

煙臺(tái)臺(tái)海瑪努爾核電設(shè)備有限公司(THM)三期鍛造分廠新購(gòu)進(jìn)的萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)水罐分有12級(jí)水位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，由八臺(tái)710KW/10KV的高壓電機(jī)分別拖動(dòng)1#~8#三級(jí)柱塞式往復(fù)泵往水壓機(jī)高壓水罐供水，任意一臺(tái)往復(fù)泵分別有“打壓”和“打循環(huán)”兩種狀態(tài)(“打壓”是通過(guò)閥門(mén)使水泵往高壓水罐增壓過(guò)程(電機(jī)運(yùn)行在50HZ)，“打循環(huán)”是通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)水在主管道中循環(huán)的過(guò)程(電機(jī)運(yùn)行在30HZ))。

當(dāng)高壓水罐水位低于9級(jí)水位時(shí)，按水泵序號(hào)將水泵由“打循環(huán)”狀態(tài)提升為“打壓”;當(dāng)高壓水罐水位高于9級(jí)水位時(shí)，按水泵序號(hào)將水泵由“打壓”狀態(tài)降為“打循環(huán)”狀態(tài)。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程由DCS控制，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的過(guò)程。

3、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

為了提高整個(gè)水壓機(jī)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行性，保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。1#~8#三級(jí)柱塞往復(fù)泵既互為備用，同時(shí)也要有獨(dú)立性(方便分別檢修)。交流變頻器調(diào)速系統(tǒng)采用一拖一(不帶工頻旁路)方案圖3，通過(guò)高壓水罐內(nèi)的壓力變送器反饋，由后臺(tái)DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

圖3 變頻調(diào)速系統(tǒng)(一拖一不帶工頻旁路)方案

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)比對(duì)和產(chǎn)品穩(wěn)定性觀察，采用森蘭SBH系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)作為該萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)水泵的調(diào)速裝置。

3.1 森蘭SBH系列變頻器特性

3.1.1高—高變頻調(diào)速系統(tǒng)

森蘭SBH系列高壓變頻器采用“單元串聯(lián)多電平”結(jié)構(gòu)，直接10KV輸入，輸出側(cè)0～10KV可調(diào)節(jié)，無(wú)需加裝升壓、降壓變壓器可直接拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。變頻器內(nèi)部每相單元串聯(lián)級(jí)數(shù)8級(jí)，其配置考慮有12.5%的冗余度。

3.1.2單元旁路功能

森蘭SBH系列高壓變頻器提供單元旁路功能。在任意單元出現(xiàn)故障后，變頻器自動(dòng)將該單元及同層單元旁路(切除)，實(shí)現(xiàn)不間斷工作，提高變頻器的可靠運(yùn)行性。

3.1.3轉(zhuǎn)速跟蹤功能(帶速重啟功能)

森蘭SBH系列高壓變頻器從用戶本身出發(fā)，對(duì)負(fù)載的拖動(dòng)電機(jī)配備有電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤起動(dòng)功能。在電機(jī)未停止轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，自我的檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)輸出與之相應(yīng)的頻率與電壓，加快電機(jī)起動(dòng)過(guò)程，減輕電機(jī)與負(fù)載的機(jī)械沖擊，并且可完全避免帶速起動(dòng)過(guò)程中的沖擊電流。

3.1.4自適應(yīng)性和完善的保護(hù)功能

森蘭SBH系列高壓變頻器對(duì)我國(guó)的電網(wǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)在-35%～+10%范圍內(nèi)不會(huì)停機(jī)，掉電30S內(nèi)上電自動(dòng)重啟。

同時(shí)該高壓變頻器為電動(dòng)機(jī)和設(shè)備本身提供了完善的保護(hù)功能，包括過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)熱、缺相、欠壓、負(fù)荷過(guò)重等。

3.1.5無(wú)功損耗低，輸入、輸出功率因素高，諧波含量低

森蘭SBH系列高壓變頻器為電壓源型高—高變頻器，其內(nèi)部大量的濾波電容為電機(jī)提供無(wú)功功率，其接入網(wǎng)側(cè)功率因素大于0.96(>20%負(fù)載)。該高壓變頻器的工作效率高達(dá)97.0%。

由于森蘭SBH系列高壓變頻器輸入側(cè)采用的是移相整理技術(shù)，輸入諧波小于3%，遠(yuǎn)超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。而在變頻器輸出側(cè)采用的是多重PWM波形疊加方式，輸出電流諧波同樣小于3%，運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣性產(chǎn)生任何影響。

3.1.6 I/O擴(kuò)展功能，控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高

森蘭SBH系列高壓變頻器I/O板接口已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化，方便外部的擴(kuò)展，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場(chǎng)需要。該變頻器內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可開(kāi)環(huán)運(yùn)行，也可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)可接受和輸出包括0~24mA、0~10V等多種信號(hào)。

3.1.7模塊化設(shè)置，方便安裝與維護(hù)

森蘭SBH系列高壓變頻器實(shí)現(xiàn)單元的模塊化，方便更換與維修。全中文的人機(jī)界面，更人性化的設(shè)計(jì)適應(yīng)于不同層次水平的人員操作。

4、變頻器設(shè)備節(jié)能預(yù)算

4.1直接效益

煙臺(tái)臺(tái)海瑪努爾核電設(shè)備有限公司的萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)于2012年10月14日投產(chǎn)。正常工作狀態(tài)下有4臺(tái)往復(fù)泵會(huì)處于“打壓”狀態(tài)，而剩下的4臺(tái)往復(fù)泵處于“打循環(huán)狀態(tài)。”

根據(jù)與以往未使用變頻調(diào)速系統(tǒng)的水壓機(jī)比較表格如下：

表 1 未使用變頻調(diào)速系統(tǒng)與使用變頻調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)比較表

根據(jù)上述表格可以看出水壓機(jī)安裝變頻器節(jié)能效益主要來(lái)自于“打循環(huán)”狀態(tài)。可以看出萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)電率在18.5%左右，節(jié)電效果明顯。

4.2間接效益

4.2.1監(jiān)控方便

使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，由于森蘭SBH系列變頻器自帶電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，不需要再增加額外的電動(dòng)機(jī)保護(hù)設(shè)備，減少設(shè)備投入。同時(shí)森蘭SBH系列變頻器采用全中文人機(jī)界面，顯示參數(shù)可選擇性，能同時(shí)顯示輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、運(yùn)行頻率及電機(jī)轉(zhuǎn)速(理論值)。

4.2.2電機(jī)軟啟動(dòng)

使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，所有八臺(tái)往復(fù)泵機(jī)組都能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)方式，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)小于額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)的延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)較大沖擊，從而有效的減輕起動(dòng)時(shí)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)的機(jī)械損傷，更好的保護(hù)電機(jī)與水泵，延長(zhǎng)這些設(shè)備的使用壽命。

4.2.3機(jī)組運(yùn)行噪音和震動(dòng)減小

使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，當(dāng)往復(fù)泵處于“打循環(huán)”狀態(tài)時(shí)，由于運(yùn)行頻率的降低，震動(dòng)及噪音同時(shí)減小，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

5、結(jié)束語(yǔ)

煙臺(tái)臺(tái)海瑪努爾核電設(shè)備有限公司萬(wàn)噸級(jí)水壓機(jī)項(xiàng)目采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。同時(shí)由變頻器監(jiān)視整個(gè)拖動(dòng)電機(jī)組的工作狀態(tài)，適時(shí)的對(duì)拖動(dòng)電機(jī)提供保護(hù)，大大的增加了系統(tǒng)的安全運(yùn)行系數(shù)，也方便了人為的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的觀察與控制。

審核編輯：湯梓紅