ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Частотно регулируемый электропривод — это электродвигатель (асинхронный или синхронный), оснащенный регулируемым преобразователем частоты.
Для низковольтных асинхронных двигателей (электроприводы насосов подпитки тепловых сетей, насосов слива конденсата в подогреватели низкого давления, баггерных, шламовых насосов, регенеративных воздухоподогревателей и т.п.) применяются преобразователи частоты на основе IGBT-инверторов напряжения с ШИМ. Такие преобразователи мощностью от 30 до 250 кВт выпускают отечественные фирмы, в частности, НТЦ "Приводная техника" и "Веспер-Автоматика". Для электромагнитной совместимости со стандартным асинхронным двигателем, особенно при протяженном кабеле от преобразователя частоты, на выходе последнего должен быть установлен L или LC-фильтр.
В силу психологической инерции и отсутствия финансовых средств в промышленности и коммунальном хозяйстве частотные регуляторы находят недостаточное применение, несмотря на то, что они являются эффективным средством позволяющим адаптировать режимы работы вспомогательного энергетического и промышленного оборудования к колебаниям производственной загрузки промышленных предприятий и коммунальных систем.
Область применения частотных регуляторов обширна:
• энергетика (питательные, сетевые и подпиточные насосы, дутьевые вентиляторы и дымососы);
• нефтяная и газовая промышленность (буровые установки, насосы нефтепере-
качки, компрессоры газоперекачки);
• угольная и горнорудная промышленность (экскаваторы, электротрансмиссии
мощных карьерных самосвалов, транспортеры и конвейеры, дробилки, насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д.);
• цементная промышленность (печи, мельницы, конвейеры, транспортеры);
• химическая, нефтехимическая, лесная и целлюлозная промышленность (мешалки, центрифуги, насосы, компрессоры, вентиляторы и т.п.),
• коммунальное хозяйство (насосы систем холодного и горячего водоснабжения и отопления). Их применение позволяет на 30-40 % сократить расход электроэнергии, на 20 % — расход воды и тепла, избежать гидравлических ударов в системах).
Основные достоинства данной технологии:
1.Энергосбережение, которое осуществляется за счет достижения соответствия
потребляемой и требуемой мощности путем регулирования скорости вращения электродвигателя. Опыт внедрения и эксплуатации показал, что расход электроэнергии
уменьшается на 30-60 %, а коэффициент мощности достигает величины 0,98, что значительно превышает коэффициент мощности тиристорных электроприводов аналогичного назначения (0,7).
2.Высокое качество электроэнергии, в частности за счет существенного (по сравнению с тиристорным) уменьшения высоких гармоник тока и напряжения, резко ухудшающих функционирование электропотребителей.
3.Высокая надежность: наработка на отказ по данным эксплуатации составляет
не менее 25000 часов, проектная долговечность — не менее 15 лет.
4.Широкие возможности интеграции в системы автоматизированного управления (АСУ ТП) за счет развитых средств коммуникации — дискретных и аналоговых входов/выходов, интерфейса связи с компьютером или управляющей системой.
5.Снижение эксплуатационных затрат за счет увеличения износостойкости оборудования, работающего значительную часть времени с пониженной скоростью вращения, "мягкий" запуск обеспечивает отсутствие пусковых токов.
При использовании ЧРП для регулирования режимов работы вентиляторов вместо метода дросселирования (вентиляторы, дымососы) потребляемая мощность ЧРП (при подаче равной 0,5 от номинального значения) равна 13 % номинальной мощности, при дросселировании — 75 %, т.е. экономия составит 60 % номинальной мощности. В режиме регулирования суточных и сезонных графиков ТЭС, снижение мощности
газомазутных энергоблоков достигает 70-75 % (аналогичные режимы имеют место и на котлоагрегатах промышленных котельных), на угольных — 50 %. Применение ЧРП даже на ТЭС, где уделяется много внимания экономичности генерирования энергии и каждое мероприятие в этом направлении весомо в абсолютном значении, позволяет повысить экономичность блоков в среднем на 1-2 %. Особенно такие решения эффективны для промышленных котельных в условиях спада производства, где максимальная нагрузка котлоагрегатов иногда достигает 25-35 %.
На рисунке показано, как формируется экономия мощности при использовании ЧРП, работающего на вентиляторную нагрузку. КПД частотного преобразователя около 98 %.
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО АСИНХРОННОГО ЭП НА ВНС
Преобразователь частоты устанавливается между питающей сетью и электродвигателем, для обеспечения обратной связи. В напорный коллектор на выходе насосного агрегата устанавливается датчик давления. Плавное регулирование частоты и высокая точность поддержания давления в сетях водоснабжения позволяет экономить электроэнергию (от 30 до 60%), ведёт к экономии перекачиваемой воды, исключает гидроудары (существенно увеличивается срок службы трубопроводов и запорной арматуры), осуществлять пуск агрегатов на номинальных токах (увеличивает срок службы электродвигателей и коммутационной аппаратуры), работать в автоматическом режиме по часам реального времени по запрограммированному графику.
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ КНС
Применение частотно регулируемого асинхронного ЭП с обратной связью по датчику уровня позволяет экономить электроэнергию (за счет стабилизации максимально допустимого уровня в приёмном резервуаре при больших потоках), устранить гидроудары в трубопроводах, уменьшить число коммутационных переключений в силовых цепях и цепях управления насосными агрегатами.
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВКАХ
При применении частотно-регулируемого привода для управления винтовыми компрессорами можно получить экономию электроэнергии, сравнимую с экономией при управлении центробежными насосами (до 60%), снижение износа коммутационной аппаратуры (в связи с отсутствием больших пусковых токов), снижение утечки сжатого воздуха (за счет оптимизации давления в пневмосети, увеличение срока службы электродвигателя (из за снижения его нагрузки и отсутствия тяжёлых пусковых режимов).
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Применение частотно-регулируемого привода в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Использование частотно регулируемого электропривода обеспечивает экономию электроэнергии (до 75% за счет устранения шиберирования), плавное включение и выход на рабочий режим вентилятора (полную защиту электродвигателя), увеличение ресурса электродвигателя управление скоростью вращения двигателя вентилятора.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В КОТЕЛЬНЫХ
Использование частотно регулируемых приводов позволяет решать задачу согласования режимных параметров и энергопотребления тягодутьевых механизмов с изменяющимся характером нагрузки котлов, эффективно автоматизировать технологический процесс, позволяет сэкономить до 70% электроэнергии, идущей на приведение в действие дымососа и вентилятора, обеспечивает экономию топлива за счет оптимальной совместной работы вентилятора и дымососа. Плавный пуск электроприводов и полная защита электродвигателя позволяет увеличить межремонтный период, снизить аварийность оборудования.
Регулирование работы насосов. В практике неизменных (постоянных) режимов водоснабжения не бывает. Насосы работают в переменном режиме в зависимости от режимов потребления воды (рис.). Поэтому правильное изменение режимов работы насосов, т. е. рациональное регулирование, обеспечивает значительную экономию электроэнергии. Регулирование режима работы насосов может осуществляться напорной или приемной задвижкой; изменением частоты вращения электродвигателя.
Суточный отпуск воды со 2-го подъема водопроводной станции. |
Анализ этих способов регулирования показывает следующее:
– при регулировании задвижкой с уменьшением расхода воды КПД насоса уменьшается, а значения напора растут. Следовательно, с уменьшением расхода воды удельный расход электроэнергии быстро возрастает;
— при регулировании изменением числа параллельно работающих насосов КПД двигателя и насоса остаются неизменными. Напор из-за уменьшения расхода и потерь в сетях снижается, что приводит к снижению удельных расходов электроэнергии;
— при регулировании изменением частоты вращения насоса КПД насоса и электродвигателя с уменьшением расхода практически не снижается, но снижается напор. Поэтому снижаются удельные расходы электроэнергии. Частотное регулирование осуществляется с помощью преобразователей частоты. Оно позволяет:
— автоматически поддерживать необходимое давление воды при изменении объема водопотребления;
— в 2-3 раза увеличить срок службы электродвигателей и насосов за счет исключения перегрузок при потреблении воды, а также при посадках напряжения в сети;
— увеличить срок службы трубопроводов за счет отсутствия избыточного давления;
— сократить расход воды за счет уменьшения потерь при избыточном давлении (в системах водоснабжения каждая лишняя атмосфера вызывает за счет больших утечек дополнительно 7-9% потерь воды):
— сократить трудозатраты на эксплуатацию систем водоснабжения за счет бесперебойной работы насосов, а также автоматического отключения с выработкой командного сигнала на подключение резервного насоса и применения автоматизации управления от АСУТП.
Годовой экономический эффект при применении частотного регулирования складывается из трех составляющих:
1) эффекта от снижения потерь электроэнергии за счет повышения КПД насосных агрегатов;
2) эффекта от снижения расходов воды за счет стабилизации давления в системах подачи и распределения воды;
3) эффекта от увеличения срока службы и межремонтных периодов электро и механооборудования, затрат на приобретение, монтаж и обслуживание запорной арматуры.
Мощность преобразователя частоты определяется по выражению:
Pn.ч = (1.1 – 1.2)PH, |
Годовая экономия электроэнергии при внедрении преобразователя определяется как
ΔW = ,
где Hвых — напор на выходе насоса, м вод. ст.;
Ннеоб—напор, поддерживаемый в магистрали, за задвижкой, м вод. ст.
Повышение КПД насосов. Замена устаревших насосов на новые, с более высоким КПД, позволяет получить экономию электроэнергии:
ΔW = 0.00272 ,
Уменьшение сопротивления трубопроводов. Причины повышенных удельных расходов электроэнергии на подачу воды — неправильная конфигурация трубопровода, когда поток испытывает резкие повороты, засоренность всасывающих устройств и др. Устранение этих причин приводит к уменьшению сопротивления трубопроводов и снижению расхода электроэнергии.
ΔH = 0,083λLG2/d5, |
Потери напора в трубопроводе на прямом участке:
где λ, — коэффициент трения воды о стенки труб (λ = 0,02-0,03);
L — длина участка трубопровода, м;
G — действительный расход, м3/с;
d — диаметр трубопровода, м;
f— коэффициент местного сопротивления: для задвижек f= 0,5, для закругленного на 90°колена f= 0,3, для обратного клапана f= 5,0.
Только цифры
Сегодня в России внедрение эффективных ресурсосберегающих технологий сдерживается высокой стоимостью импортных РЭП большой мощности. Это часто связано с необходимостью закупки полного комплекта фирменного оборудования, включающего трансформаторы, ПЧ, реакторы, двигатель. Удельная стоимость импортных РЭП мощностью 0,3–5 МВт составляет 150–350 USD/кВт (в зависимости от комплектности поставки и мощности). Стоимость отечественных РЭП указанной мощности с учетом наличия у заказчика высоковольтной ячейки, реакторов и электродвигателя составляет 80–120 USD/кВт. Срок окупаемости РЭП отечественного производства, определяемый экономией электроэнергии от их применения, составляет от 1 года до 2 лет в зависимости от объекта внедрения. С учетом экономии других ресурсов срок окупаемости может оказаться существенно меньше.
В настоящее время в ЖКХ и в электроэнергетике износ основного насосного оборудования превышает 60%. Внедрение на насосных и вентиляторных агрегатах устройств плавного пуска и регулируемых электроприводов позволит значительно продлить сроки их эксплуатации. Проведенный в 1999–2000 годах энергоаудит собственных нужд 50 тепловых электростанций позволил дать экспертные оценки по количеству и номенклатуре механизмов собственных нужд, оснащение которых регулируемым электроприводом наиболее перспективно, а также определить расчетную экономию электроэнергии [1]. К примеру:
- для питательных насосов с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 727 825 кВт расчетная экономия электроэнергии составит 12 737 000 тыс. кВт•ч;
- для дутьевых вентиляторов с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 185 300 кВт расчетная экономия электроэнергии составит 389 136,3 тыс. кВт•ч;
- для дымососов с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 252 000 кВт расчетная экономия электроэнергии составит 442 030 тыс. кВт•ч;
- для сетевых насосов с суммарной установленной мощностью регулируемых электроприводов 211 575 кВт расчетная экономия электроэнергии составит 3 248 625 кВт•ч.
Федеральная энергетическая комиссия России в 2001 году соответствующим решением рекомендовала считать приоритетным направлением энерго- и ресурсосбережения в электроэнергетике широкое внедрение регулируемого электропривода при выполнении проектов технического перевооружения и реконструкции тепловых электростанций. Комиссией было признано целесообразным при расчетах тарифов на электрическую и тепловую энергию ввести инвестиционную составляющую, компенсирующую затраты на проекты внедрения регулируемых электроприводов. Это должно стать серьезным стимулом широкого внедрения регулируемых электроприводов в электроэнергетике.
Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 2360;