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煤气加压罗茨鼓风机变频调速改造控制方案

煤气加压罗茨鼓风机变频调速改造控制方案

为了充分保证煤气加压系统的可靠性,变频器加装了工频旁路装置,两台煤气加压机现有的控制设备和运行方式仍将保留,控制回路上设计工频/变频运行切换选择,工/变频选择由人工切换操作,实现两台煤气加压机在工频或变频运行。

通过目前已有的DCS系统可显示变频器的运行数据和当前状态,实时监控系统运行。操作方面,有远程控制和本地控制2种控制的方式,这2种控制方式可提高系统的安全性能。变频器内置PLC,用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号(如RS-485)的协调,并且可以根据用户的需要扩展控制开关量,增强了系统的灵活性。

该用户采用两台JD-BP37-315F(315kW/6kV)高压变频器分别控制两台煤气加压机,高压变频器设备安装在风机值班室内,原高压柜至电机的高压电缆用做改造时电机至变频器连接电缆,变频器至高压柜电缆重新敷设,同时敷设集控室至高压变频器的控制电缆用于变频器的远程控制,采集现场设备状态信号,实现设备的控制调节及信号反馈。此外还需敷设一根高压柜至变频器的控制电缆,用于高压柜合闸允许和高压柜紧急分闸控制。

两台高压变频器主回路控制方式相同,以A煤气加压机主回路控制为例说明,
旁路柜中,共有3个高压隔离开关,为了确保不向1#变频器输出端反送电,K2与K3采用电磁互锁操动机构,实现电磁互锁。当K1、K3闭合,K2断开时,A煤气加压机变频运行;当K1、K3断开,K2闭合时,A煤气加压机工频运行,此时变频器从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。

旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁,DL合闸时,绝对不允许操作旁路隔离开关与变频器输出隔离开关,以防止出现拉弧现象,确保操作人员和设备的安全。
故障分闸:将1#变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后,并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下,当1#变频器出现故障时,分断1#变频器高压输入;旁路投入状态下,变频器故障分闸无效。

保护:保持原有对电机的保护及其整定值不变。6压力闭环控制系统原理、PID设定

由于该公司需要对煤气压力进行控制,因此采用压力闭环控制,测量元件为压力传感器,将它安装在罗茨鼓风机出气口的官道上,Vi为需设定压力值,压力传感器测量压力V作为输出量,构成闭环控制系统。变频器通过采集测量V与用户给定值Vi进行比较和运算,通过内置PID进行调整,将结果转换为频率调节信号送至变频器,直至达到给定液位的给定值Vi。

(1)在PID控制中,P系数加大,可以加快调节速度。但如果过大,系统容易因超调而震荡。若P太小,又会使系统的动作缓慢。P可正可负。如果比例系数为正,那么该回路为正作用回路;如果比例系数为负,那么该回路为反作用回路。本变频器P设定为0.5。
(2)积分I的作用主要是消除系统的静态误差。但过强的积分作用使闭环系统超调加大。所以在调节过程初期,应减弱积分作用,防止产生积分饱和现象;而到过程后期,应适当增强积分作用,以提高控制精度。本变频器I设定为15.0。
风光高压变频器内置PID功能,其中PID结构参数具有以下选择方式:
0:比例PID控制只比例增益起作用;
1:积分PID控制只积分增益起作用;
2:比例+积分PID控制比例增益和积分增益同时起作用;
3:比例+积分+微分PID控制比例增益、积分增益和微分增益同时起作用。
本变频器PID结构功能选择2,比例+积分PID控制比例增益和积分增益同时起作用,完全可以满足压力闭环控制系统的控制要求,不需要设定微分参数。
原系统改为变频调速系统以后,有一些问题需要重新设定。如:放风阀的压力设定,未改造前的原工频运行,放风阀的压力为5kPa,也就是当罗茨风机后级的气压达到5kPa以上时,才开启放风阀,排泄出多余的煤气。由于罗茨风机的工作特点,必须把进风阀门进入的气体完全打出去,当后级的气压较高时,罗茨风机负荷较重,电机电流已经超过额定值较多,变频器控制方式采用矢量控制,下限频率设定为20Hz。经过与客户沟通后,正常煤气加压压力为3kPa左右,基本满足正常生产需要。这样煤气加压系统可以进一步降低消耗。

A、B煤气加压机变频节电改造后,2015年7月中旬,正式投入生产,至今运行正常。系统达到了预期的效果:实施变频改造后,煤气加压站总用电量有明显下降,设备实现了软起动,改善了设备的运行工况,极大地减轻了罗茨风机起动时对供配电系统的冲击。
为了对比变频改造节能情况,对工频、变频相应的运行数据进行了一周统计,以A煤气加压机的运行数据为例。 改造后,A煤气加压机的节电率为:(209.30-145.99)/209.30=30.25%,该设备年运行时间300天,每天运行 24h。按0.51元/kW?h计算,年节省电费:
(209.30-145.99)kW×24h×300d×0.51元/kW?h
=232474.6元。

除了节能效果显著外,还具有以下效果:
(1)维护量减少。采用变频调速后,大部分时间里,罗茨风机的运行转速大大低于额定转速。由于加压机启动缓慢及转速的降低,减少了风机的零部件密封、轴承的磨损,相应地延长了风机的寿命。
(2)工作强度降低。改造后采用压力闭环控制,就不用调节放风阀,操作工作由手动转变为自动、监控,完全实现生产的无人操作,大大减轻了工人的劳动强度。
(3)现场噪音大大降低,有效改善现场的运行环境,运行人员反映良好;便于实现煤气加压站机组控制系统自动化管理。

经过变频改造后,煤气加压机实现软启软停,不仅大大降低了工作人员的劳动强度,而且使整个工艺流程更稳定,达到了较好的节能效果。随着国家对节能减排工作的越来越重视,企业通过各种措施降低生产成本,其中变频技术起到了关键作用,取得了明显的经济效益和社会效益,适应了国家建设资源节约型社会的潮流。


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