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热力厂区的锅炉水泵配备需求分析

热力厂投入生产的锅炉有一、二、三、四号四台锅炉,其中一、二、三号锅炉的额定负荷为35吨/小时,四号锅炉为75吨/小时。厂区内的电力供应,是由变电站提供的10kV的电源经两台2500kVA干式变压器,把10kV变换为三相380V供给厂区内水泵负载使用,电气一次侧配线图如图1所示。

两台变压器(#1和#2)的容量和连接方式完全一样,一次侧为10kV,二次输出侧为380V,变压器输入、输出侧分别采用A型、Y型接法,并分为三条(段)配线支路分别向负载(一、二、三、四号四台ca88会员登录)供电。

图1:主动力配线图

主动力配线图.jpg

负载中二号锅炉主要由#2主变压器供电,一、三、四号锅炉主要由#1主变压器提供,厂区内的水泵负载都采用低压380V/220V供电。

一、二、三、四号锅炉运行负载主要包含每台锅炉匹配的引风机、一次风机、二次风机,一至六号给水泵,电除尘等。厂区内有一至六号给水泵,功率分别为:160kW、160kW、160kW、160kW、250kW和250kW,采用共母管制。配电系统中的负载主要为电机类负载,装机容量超过总用电量的80%。

厂区的用电特点主要为:变频调速器的大量使用和厂区内负载采用低压380V/220V供电模式。目前,厂区内主要为电机负载,所采用变频调速器来实现对电机的控制,为公司节约了大量的电能,创造了较好的经济效益的同时,给配电网络带来大量的谐波污染,也给配电网络的安全运行带来了隐患,主要体现在:

1、引起串联谐振及并联谐振

如一、二号锅炉运行过程中,其引风机、一、二次风机均采用的西门子公司Micromaster430系列变频器,由于变频器造成输入侧谐波电流含量过大,造成了配电支路设备间电流的大幅振荡,变频控制柜的电流表指针大幅摆动,电机运行转速明显产生振荡,给水泵设备的正常运行带来了安全的隐患。

2、谐波增加了线路的损耗降低用电设备效率和寿命

变频调速器的输入、输出侧分别采用二极管整流和PWM逆变方式进行工作,通常在交流输入侧主要产生5、7、11、13等高次谐波;在输出侧会产生与载波频率相对应的高次谐波和共模电压。

(1)交流输入侧高次谐波

交流输入侧高次谐波加速电气设备及电力变压器绝缘老化,使其容易击穿,从而缩短变压器及电缆的使用寿命,造成配电控制开关的误动作。

(2)输出侧的共模电压影响

变频器输出侧会在电机的三端产生共模的高频、高压电压,造成水泵电机的轴向运动和水泵电机轴承的电蚀现象,尤其在高速运行更加容易引起电机轴承过热而损坏。ca88手机版厂统计水泵设备运行的统计情况可知,在2008年7月、2009年10月、2010年3月多次出现给水泵电机轴承被电蚀烧毁现象。

厂区内所采用的变频器(如三号炉一次风机变频控制器)在电机侧增加了抑流电抗器,较好的抑制共模电压对电机的不利影响,一方面提高了水泵电机工作的安全性,另一方面使水泵设备稳定性得到较好的改进。与所采用的变频器工作时相比,从现场实际工作情况来看,水泵电机运行的摆动明显降低。

3、导致水泵设备运转不正常、不能正确操作

大量电力谐波会造成配电系统内设备(如电机、继电保护、自动装置、测量仪表、电力电子器件、计算机系统、精密仪器等)运转不正常或不能正确操作。如在一、二、三号锅炉厂区配电控制室内安装的无功补偿电容装置因谐波电流过大,极易引起保护开关(如过流保护)动作,设置造成补偿电容的烧毁,无法正常投入运行。

4、干扰弱电系统的信号传输质量、损坏通信设备

大量的谐波电流通过电网配线及电磁辐射送入弱电控制系统(如厂区内的DCS),对控制系统的检测信号、控制信号产生干扰造成厂区内部分信号检测不稳定,破坏信号的正确传递,并已造成厂区内弱电控制系统DCS模块的损坏现象,给系统的安全生产带来了较大的隐患。

5、损坏敏感的设备造成电容器过载或因故障而损毁

变频器产生的大量谐波造成电容器出现过载现象,进而损坏设备,如生产现场中的变频电机中散热风扇小电机的控制电容过热损坏。此外,大量的电力谐波还会导致中性线上出现大电流而引发系统故障,诱发电网谐振现象;对配电房的继电保护产生干扰,造成保护误动作,导致停电事故;使开关(断路器)过载,造成经常性跳闸;谐波电流在导体表面流动,引起导体发热,降低了开关及传输电缆实际容量;使无功补偿设备部件损坏,无法进行无功补偿,加大线路损失,降低变压器额定容量。

厂区内统一采用380V/220V低压配电模式,配电线路结构简单,成本相对较低。但生产厂区内负载较大,负载装机容量较大,仅四号锅炉的主要装机负载引风机500kW、一次风机450kW、二次风机200kW、电除尘近100kW、配套的两台250kWx2给水泵及给煤机照明等其他负载,总容量高达1750kW以上。由于配网电压较低,造成了厂区内配线的电流过大,一方面造成线路损耗过大;另一方面大量的谐波电流极易造成系统的谐振,输入交流电压的畸变。由实测的电压参数可以看出,在二号炉、四号炉运行状态下,380VII段母线和380VIII段母线的电压畸变率分别高达6.2%、5.8%(国标为5%)。

ca88手机版厂实测的数据可知,配电网网络电压的畸变已超出允许的范围,造成此现象的主要原因是厂区内配电网的设计不合理,由于厂区内动力线的配电网所采用的为低压(380V/220V)配电方式,造成了配电线路电流过大,如380VIII段母线中的主要负载四号锅炉的引风机、一次风机、二次风机、电除尘、配套的两台水泵总容量高达1750kW,全额定负荷运行时的电流不小于3000A。一方面配电线路的损耗较大;另一方面,大量非线性负载(变频器)的使用,产生的大量电力谐波易造成系统内谐振和电压的畸变。

目前大容量电机多采用高压电机,并配置以高压变频调速器;若采用低压电机及低压变频调速器,由于会给配电线路带来大量谐波电流,为了避免对配电网内其他设备的不利影响,通常大容量低压变频调速系统采取独立降压供电工作方式来减小其对供电系统其他设备的影响。


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点击次数:  更新时间:2017-12-27 09:16:37  【打印此页】  【关闭