英威腾Goodrive5000高压变频器在某生物质发电公司的应用

一、引言

我国生物质能资源非常丰富，发展生物质发电产业前景广阔。一方面，中国农作物播种面积有18亿亩，年产生物质约7亿吨。相当于3.5亿吨标准煤。此外，农产品加工废弃物包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣和棉籽壳等，也是重要的生物质资源。另一方面，我国现有森林面积约1.95亿公顷，森林覆盖率20.36%，每年可获得生物质资源量约8亿至10亿吨。

同时，发展生物质发电，实施煤炭替代，可显著减少二氧化碳和二氧化硫排放，产生巨大的环境效益。与传统化石燃料相比，生物质能属于清洁燃料，燃烧后二氧化碳排放属于自然界的碳循环，不形成污染。据测算，运营1台2.5万kW的生物质发电机组，与同类型火电机组相比，可减少二氧化碳排放约10万t/a。

到2025年之前，可再生能源中，生物质能发电将占据主导地位。未来，利用生物质再生能源发电已经成为解决能源短缺的重要途径之一。

二、项目介绍

该项目电厂容量为4×12MW，分两期建设，一期建设2×12MW供热发电机组。每年燃用稻壳量约20万吨，年发电量144GWH，产品销售收入8489万元，年上缴税金1417万元，其中增值税1288万元。年利润率为10.45%，在10年后可收回成本，具有良好的社会效益和经济效益。

为了进一步降低发电厂用电率，降低发电成本，提高电价竞争力，决定对系统内的给水泵进行变频调速拖动，选用我司GD5000系列高压变频器。

三、系统方案

1. 主回路方案：

由于给水泵属于重要负载，除考虑正常运行情况下采用变频方案外，还需考虑变频检修时采用工频运行方案，所以经过多方面考虑，最终采用一拖一手动旁路方案。

图表 2一拖一手动切换方案

一拖一手动旁路柜是由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频器输出QS2和旁路高压隔离开关QS3机械闭锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。

1)在变频运行状况下，QS1、QS2闭合，QS3断开。

如需手动切换至工频运行时，系统先停止变频器输出，断开用户开关，再由机械操作依次断开QS1、QS2，然后机械操作闭合QS3，使电机切换至工频侧，再合上用户开关，使电机工频运行；

2)在工频旁路运行状况下，QS3闭合，QS1、QS2断开。

如需手动切换至变频运行时，系统先断开用户开关，由机械操作断开QS3，然后由机械操作依次闭合QS2、QS1，使电机切换至变频侧，再合上用户开关。

2. 控制系统方案

为了更方便的操作，变频器的起停在机旁箱进行控制，在DCS上进行监控。频率调节通过前级的传感器返回的电流模拟量信号（4—20mA）进行PID控制。其具体控制信号如下：

2.1 与高压开关柜联锁信号

1）合闸允许：常开接点，闭合有效，此信号串联在供电高压开关柜的合闸回路中，当变频器自检完成或系统处于工频状态时，信号闭合，允许用户合高压电；

2）高压跳闸：常闭接点，断开有效，此信号并联在供电高压开关柜的分闸回路上，当变频器发生重大故障或急停信号有效时，分断用户高压电；

2.2 变频器DO信号

以上输出信号全部为独立无源干接点，默认为常开接点，闭合有效，容量大小为250V AC 5A。

2.3 变频器DI信号

以上输入信号仅需客户提供独立无源干接点，脉冲信号，除急停外，其它信号均默认为常开接点，闭合有效；

2.4 变频器AI信号

2.5 变频器AO信号

四、现场实际运行照片

现场变频器运行照片

现场电机照片

五、 改造后的效果：

1. 变频调速的节能

由于采用变频调速后，风机水泵负载的节能效果最明显，节电率可达到15%～60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。而传统的挡板和阀门进行流量调节时，耗用功率变化不大。由于这类负载很多，约占交流电动机总容量的20%～30%。

2.网侧功率因数提高

原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.81左右，实际运行功率因数远低于0.8。采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。

3.设备运行与维护费用下降

采用变频调节后，由于通过调节电机转速实现节能，在负荷率较低时，电机、风机水泵转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长；并且变频改造后阀门开度可达100％，运行中不承受压力，可显著减少阀门的维护量。变频器运行中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。随着生产的需要，调节风机水泵的转速，进而调节风机水泵流量、压力既满足生产工艺的要求，工作强度又大大降低。采用变频技术调速后，减少了机械磨损，维护工作量降低，检修费用下降。

4.用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。风机水泵启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动和噪音。

5.与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，更完善地保护了电机。

6.操作简单，运行方便。可通过计算机远程给定等参数，实现智能调节。

7.适应电网电压波动能力强电压工作范围宽，电网电压在-10%～+10%之间波动时，系统均可正常运行。

六、结束语

随着电力行业改革的不断深化，以及竞价上网、经济调度等政策的逐步实施，降低发电厂用电率，降低发电成本，提高电价竞争力，已成为各发电厂努力追求的经济目标；采用高压变频技术对高能耗用电设备进行技术改造，不仅能直接降低厂用电、降低供电煤耗、增加上网电量带来的直接经济效益，而且对设备的安全、可靠运行，减少设备故障等都起到了积极的作用。

参考文献：

【1】《GD5000系列高压变频器产品说明书》 深圳市英威腾电气股份有限公司

【2】《变频器在工业锅炉给水上的应用》 陈一化

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关于英威腾：

英威腾，成立于2002年，致力于成为全球领先、受人尊敬的工业自动化和能源电力领域的产品与服务提供者，2010年在深交所A股上市，股票代码：002334。英威腾是国家火炬计划重点高新技术企业，目前拥有15家控股子公司，分驻于全国的12大研发中心，申请各类专利700多件，依托于电力电子、电气传动、自动控制、信息技术等关键技术，主要产品涵括高中低压变频器、电梯智能控制系统、伺服系统、PLC、HMI、SVG、UPS、电机和电主轴、光伏逆变器、节能减排在线管理系统、轨道交通牵引系统、新能源汽车电控系统等。英威腾现有员工2000多人，大型生产基地3个，营销网络遍布国内及海外60多个国家和地区。

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