科陆电子1750KW在凝结水泵变频改造技术方案

一、概述

变频调速技术是当代最先进的调速技术，它不仅能够提供舒适的工艺条件，满足用户的使用要求，更重要的是这项技术应用在风机、泵类等具有平方转矩特性的负载时，可以节约大量的能量，最大节能率可以达到30％～70％。因此应用此项技术进行节能改造将会有非常明显的经济意义，同时它也具有优良的环境意义和优异的速度调节性能，能最大限度地提高企业的经济效益。

二、凝结水泵及配套电机技术参数

表1：凝结水泵及配套电机主要技术参数

电机参数水泵参数

电机型号 水泵型号

电机功率1750KW额定功率

功率因数0.85额定电压

输入电压10KV额定流量

输入电流 扬    程

额定转速1489转/分效    率

效    率

电机产地

电机极数4极  
                             

三、变频改造一次接线原理图

本次高压变频器改造范围为8﹟机组A、B凝结水泵1台。选用深圳市科陆电子科技股份有限公司制造的CL2700-10/2500型无电网污染高压大功率变频器。采用CL2700-10/2500型高压大功率变频器进行改造后，电气系统一次原理示意图如下图1所示。

                    图1  变频改造方案示意图

四、高压变频器的基本配置、控制及操作

1)  变频器采用“一对二”拖动方式。如图1所示，QS1和QS3、QS4和QS6、QS3和QS6、QS2和QS5采用机械互锁，每对互锁刀闸保证在任何情况下都不能同时合闸。变频器包括控制柜一台、模块柜一台、变压器柜一台、手动旁路柜一台。变频器容量配置为1750kW/10kV，额定电流为140A，变频器型号为CL2700-10/2500。

2)   高压变频器的10kV进线电源使用原电动机的高压开关来控制，原高压开关的保护整定值不变；

3)   变频器包含高压手动旁路刀闸柜(由图1所示的刀闸QS1、QS2、QS3、QS4、QS5、QS6组成)，以备变频器维护、检修、故障时使用；以便高压变频器在维护、维修、故障等情况下系统切换到工频状态下运行。

4)   高压旁路刀闸柜内含六把高压隔离刀闸，六把高压隔离刀闸之间有机械互锁机构，保证六把高压隔离刀闸的合、断符合逻辑及安全的要求；高压旁路柜的前后门安装有机械顺序锁，保证操作安全；

 5)   六把高压隔离刀闸之间使用铜排进行电气连接，柜内进线高压隔离刀闸前安装了高压氧化锌避雷器，同时也安装了带电显示器，与柜门上的电磁锁相互连接，保证高压旁路刀闸柜在内部带电的情况下，不能打开柜门；

6)   高压旁路刀闸柜的前面有两扇柜门，其中一扇为高压门，安装有机械程序锁、电磁锁，另一扇为操作及二次电气门，内部含有二次电气回路及高压隔离刀闸操作盘，高压旁路刀闸柜的正面门处于关闭状态时，看不到高压隔离刀闸的操作手柄，其暗藏于二次电气柜门内；

7)   高压旁路刀闸柜的二次电气盘内有刀闸的位置接点端子，还有高压变频器的散热风机的电源开关；

8)  高压旁路刀闸柜柜体上有刀闸组合的“工频”、“变频”位置指示灯，还有二次电气供电电源指示灯。

9)  为了提高系统的可靠性，高压变频器与DCS的信号连接采用点对点的硬接线连接，所有信号线均采用屏蔽线，单根线截面面积应≥1.0mm2 ，铜质导线；

10)  高压变频器与DCS的模拟量信号统一采用4～20mA隔离信号（信号发送、接收均在两端设备内加隔离）；

11)  高压变频器与DCS的数字量信号统一采用继电器干接点信号，接点容量为3A/250V;

12)  高压变频器调速信号由DCS给出，变频器执行并对电动机调速；

13)  高压变频器的启动、停止均采用两步操作（高压电源操作、高压变频器逆变输出操作）；

14)  高压变频器保留“就地/远程”选择开关，开关放置在控制柜内部；

15)  高压变频器人机界面采用彩色触摸屏，并具备运行、事故记录功能；

16)  原电动机的高压开关状态信号由高压开关的辅助接点（常闭接点）送入高压变频器；

17)  旁路切换刀闸的辅助接点合成状态信号直接进入DCS；供DCS大连锁判断；

18)  高压变频器的控制电源由现场提供2路容量1kVA、220VAC电源；变频器内部实现自动切换，变频器内部另配置一个能维持控制系统工作30分钟的UPS;

19)  变频器室的通风、散热用电源配置：在低压段设置一面专用配电盘，配电盘有两路电源自动切换功能，排风扇、空调、照明用电取自变频器室内的配电箱，而变频器室内的配电箱电源取自低压段的专用配电盘，变频器室内的配电箱具有排风扇的“就地”操作功能，并且排风扇与空调分别使用两路电源；

 20)  凝结泵变频改造后，凝结泵在DCS系统中设置两个运行状态（变频运行、工频运行）；

a) 变频运行状态：高压变频器按照DCS发出的控制指令运行，高压变频器将DCS发出的转速控制信号通过逆变，改变电动机电源频率，达到控制凝结泵转速的目的；变频运行状态下凝结泵阀门为全开状态（变频器启动时，凝结泵阀门处于关闭状态）；

b) 工频运行状态：在高压变频器处于维护、检修、故障等情况下，凝结泵由变频器的旁路刀闸柜切换到工频运行状态下工作，DCS操作仍然保留原有的操作流程；

21）此外需方提供专门风道到变压器柜底部提高变压器散热能力，需方提供的风道入口处加装有滤网。

五、系统运行控制方式

1) 系统变频运行方式为：一台高压变频器带一台凝结泵运行，变频运行方式下凝结泵的阀门开度全开，凝结泵的运行转速由DCS发出控制指令，通过高压变频器逆变输出，控制电动机转速，达到控制凝结泵转速的目的。

2) 系统工频运行方式为：在高压变频器停运时，凝结泵由高压变频器的旁路刀闸切换到工频状态下工频运行；工频运行方式下的凝结泵使用原有的阀门开度调节流程。

3)   满足以下条件允许DCS合10kV开关：

a)   变频方式信号有效＋请求合高压信号有效＋高压开关外部允许启动条件；

b)   工频方式信号有效＋高压开关外部允许启动条件；

4)   满足以下条件变频器自动断10kV开关

a)  重故障信号有效（变频器重故障时只跳变频运行凝结泵10kV开关同时给DCS发一请求断高压信号，由DCS再跳一次10kV开关）；

b)  高压开关外部跳闸条件

5)  满足以下条件自动停变频器

a)  变频方式信号有效+高压开关断开

 6)  满足以下条件允许启动变频器

7) 变频器正常停机，手动停变频器，变频器给DCS发一请求断高压信号，由DCS跳10kV开关，变频器不去跳10kV开关

8) DCS发送的4～20mA信号对应变频器的0～50Hz。变频器具有最低运行频率设定功能，当DCS设定值小于最低运行频率时，变频器运行在最低运行频率点。

 六、变频器与DCS接口图（仅供参考，详细图纸以技术协议为准）

七、变频器的外形尺寸图、安装地基图 
  1)       凝结泵变频器的外形结构尺寸图

 2)  凝结泵变频器的安装地基图（仅供参考）

注：变频器安装地基图中只有控制柜底部、旁路刀闸柜底部有进出线孔；用户如果另行设计电缆沟，只需在控制柜整个底部留出电源电缆、信号电缆的通道；旁路刀闸柜底部有高压进、出电缆、二次电源电缆以及辅助接点信号电缆，整个旁路刀闸柜底部需留出电缆通道，全部电缆沟的深度应在1000MM左右为宜；

 八、变频器的冷却、通风及变频器室建筑设计基本要求

1)   CL2700-10/2500型高压大功率变频器，其额定电流为140A，单台变频器的满负荷发热量72.8kW。根据目前的现场测量数据，电机实际运行功率大约1750kW，实际运行电流约为110A。为变频器额定电流的79％，因此变频器最大发热量按变频器满负荷时发热量的80%考虑，即58.3kW发热量。

2) 根据现场粉尘情况，考虑到58.3kW发热量，变频器必须安装在封闭而独立的房间内，采用2台15匹（制冷量为2.5kW）的单冷空调进行通风换热，变频器室的窗户设计按常规房屋建筑设计标准参考即可。在变频器室不通风的情况下完全上可以满足散热的需要；

 3)  根据产品的外形尺寸，考虑变频器操作通道（大约留1000 mm的通道）、维护通道（大约留1000 mm的通道）及空调安装面积，变频器室建筑面积必须满足长（12000mm）×宽（4000mm）×高（4500mm）；考虑到变频器不可拆卸部分（变压器柜体）长（2300mm）×宽（1558mm）×高（2700mm），因此变频器室的门必须满足宽（3500mm）×高（3200mm）。

4)  在变频室的电气设计上，要求设计两路独立的AC380V电源系统（相互备用），即空调用电源，容量按2台15匹空调进行设计。

5)   接地电阻要求：在变频室内需设计2个独立的接地极。一个接地极为电气安全保护地；另一个接地极为变频控制系统用保护地。接地电阻要求小于3欧姆。

结束语

由深圳市科陆变频器有限公司生产的高压变频器在我厂投运以来，运行稳定，凝结水泵变频改造技术后,经过不同负荷工况下的试运行，节能效果非常好，取得了圆满成功，有效地解决了凝结水系统管道在低负荷震动大、阀门节流大、以及控制系统滞后、相互耦合严重、控制对象特性不确定的难题。使用间断式调节系统方案控制变频调速凝结水泵，实现对除氧器水位的控制。