1、引言

煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O(shè)備有限公司(THM)是煙臺市臺海集團有限公司于2006年12月15日創(chuàng)建的專業(yè)致力于“百萬千瓦級壓水堆核電站”回路主管道生產(chǎn)的企業(yè)。同時也是全國唯一一家同時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噸水壓機的基礎(chǔ)之上于2012年8月再次購進萬噸級水壓機，如圖2所示。

為了響應(yīng)國家節(jié)能降耗的號召，提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該萬噸水壓機水泵的高壓拖動電機采用全數(shù)字交流變頻調(diào)速系統(tǒng)來控制。高壓變頻器直接串聯(lián)于高壓電源與電機之間，對高壓拖動電機速度進行調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)水壓機所需壓力的大小。整個萬噸級水壓機系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)(DCS)。通過計算機和本地控制，既大大的提高了系統(tǒng)的自動化程度，滿足了生產(chǎn)要求，節(jié)約了能源，同時提高了萬噸級水壓機系統(tǒng)的可靠性和運行的靈活性，降低了運行維護成本，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

2、萬噸水壓機的運行工況

煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O(shè)備有限公司(THM)三期鍛造分廠新購進的萬噸級水壓機水罐分有12級水位自動檢測系統(tǒng)，由八臺710KW/10KV的高壓電機分別拖動1#~8#三級柱塞式往復(fù)泵往水壓機高壓水罐供水，任意一臺往復(fù)泵分別有“打壓”和“打循環(huán)”兩種狀態(tài)(“打壓”是通過閥門使水泵往高壓水罐增壓過程(電機運行在50HZ)，“打循環(huán)”是通過閥門調(diào)節(jié)水在主管道中循環(huán)的過程(電機運行在30HZ))。

當高壓水罐水位低于9級水位時，按水泵序號將水泵由“打循環(huán)”狀態(tài)提升為“打壓”;當高壓水罐水位高于9級水位時，按水泵序號將水泵由“打壓”狀態(tài)降為“打循環(huán)”狀態(tài)。整個運行過程由DCS控制，實現(xiàn)完全自動化的過程。

3、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

為了提高整個水壓機系統(tǒng)的安全可靠運行性，保證系統(tǒng)的不間斷運行。1#~8#三級柱塞往復(fù)泵既互為備用，同時也要有獨立性(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，通過高壓水罐內(nèi)的壓力變送器反饋，由后臺DCS系統(tǒng)實現(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)過市場比對和產(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)作為該萬噸級水壓機水泵的調(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)，無需加裝升壓、降壓變壓器可直接拖動電機運行。變頻器內(nèi)部每相單元串聯(lián)級數(shù)8級，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，變頻器自動將該單元及同層單元旁路(切除)，實現(xiàn)不間斷工作，提高變頻器的可靠運行性。

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)，對負載的拖動電機配備有電機轉(zhuǎn)速跟蹤起動功能。在電機未停止轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下，自我的檢測電機的轉(zhuǎn)速，同時輸出與之相應(yīng)的頻率與電壓，加快電機起動過程，減輕電機與負載的機械沖擊，并且可完全避免帶速起動過程中的沖擊電流。

3.1.4自適應(yīng)性和完善的保護功能

森蘭SBH系列高壓變頻器對我國的電網(wǎng)適應(yīng)性強，電網(wǎng)電壓波動在-35%～+10%范圍內(nèi)不會停機，掉電30S內(nèi)上電自動重啟。

同時該高壓變頻器為電動機和設(shè)備本身提供了完善的保護功能，包括過流、過壓、過載、過熱、缺相、欠壓、負荷過重等。

3.1.5無功損耗低，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提供無功功率，其接入網(wǎng)側(cè)功率因素大于0.96(>20%負載)。該高壓變頻器的工作效率高達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%，遠超國家標準要求。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%，運行過程中不會對電機絕緣性產(chǎn)生任何影響。

3.1.6 I/O擴展功能，控制系統(tǒng)自動化程度高

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

3.1.7模塊化設(shè)置，方便安裝與維護

森蘭SBH系列高壓變頻器實現(xiàn)單元的模塊化，方便更換與維修。全中文的人機界面，更人性化的設(shè)計適應(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

煙臺臺?，斉瑺柡穗娫O(shè)備有限公司的萬噸級水壓機于2012年10月14日投產(chǎn)。正常工作狀態(tài)下有4臺往復(fù)泵會處于“打壓”狀態(tài)，而剩下的4臺往復(fù)泵處于“打循環(huán)狀態(tài)?！?/p>

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

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安裝變頻器節(jié)能效益主要來自于“打循環(huán)”狀態(tài)?？梢钥闯鋈f噸級水壓機變頻調(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機保護功能和運行狀態(tài)監(jiān)視，不需要再增加額外的電動機保護設(shè)備，減少設(shè)備投入。同時森蘭SBH系列變頻器采用全中文人機界面，顯示參數(shù)可選擇性，能同時顯示輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、運行頻率及電機轉(zhuǎn)速(理論值)。

4.2.2電機軟啟動

使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，所有八臺往復(fù)泵機組都能實現(xiàn)軟啟動方式，電機啟動電流遠小于額定電流，啟動時間相應(yīng)的延長，對電網(wǎng)無較大沖擊，從而有效的減輕起動時的機械轉(zhuǎn)矩對電機的機械損傷，更好的保護電機與水泵，延長這些設(shè)備的使用壽命。

4.2.3機組運行噪音和震動減小

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

5、結(jié)束語

煙臺臺海瑪努爾核電設(shè)備有限公司萬噸級水壓機項目采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，電機實現(xiàn)了軟啟動，整個過程實現(xiàn)自動化控制。同時由變頻器監(jiān)視整個拖動電機組的工作狀態(tài)，適時的對拖動電機提供保護，大大的增加了系統(tǒng)的安全運行系數(shù)，也方便了人為的對整個系統(tǒng)的觀察與控制。

審核編輯：湯梓紅