Модернизация привода дымососов на базе управляемых компенсационных выпрямителей в составе частотных регуляторов напряжения

УДК 621.31

МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРИВОДА ДЫМОСОСОВ НА БАЗЕ УПРАВЛЯЕМЫХ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ В СОСТАВЕ ЧАСТОТНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ

НАПРЯЖЕНИЯ

А.И. Зайцев, В.Н. Крысанов, Д.Г. Никитин

В материалах описана проблематика печей обжига мела. Были сняты и проанализированы графики потребляемой мощности. Рассмотрены два варианта модернизации дымососа печи, выявлены их преимущества и недостатки. Приведено описание результатов модернизации электропривода дымососа

Ключевые слова: реактивная мощность, компенсационные выпрямители, дымосос

В связи с интенсивным строительством в современном мире есть большой спрос на строительные материалы. Они необходимы для постройки зданий, мостов, туннелей, плотин и других сооружений. Многие предприятия нашей области, относящиеся к этой отрасли, к сожалению, имеют весьма изношенное оборудование. Не является исключением и оборудование по производству извести в ЗАО «Интеринвест-Э» г. Лиски .

В настоящий момент ЗАО «Интеринвест-Э» проводит интенсивную широкомасштабную модернизацию производства. Особое внимание уделяется вопросам энергоэффективности и энергосбережения.

Одним из самых энергоемких потребителей завода является цех обжига мела.На предприятии для производства извести применяются вращающиеся печи. Основными недостатками данных печей являются: повышенный удельный расход топлива на обжиг, большие капиталовложения на оборудование и сооружения, значительная металлоемкость.

Оборудование цеха обжига мела установлено в 90-х. За свой срок службы оно устарело, часто выходит из строя и требует ремонта. В связи с этим было принято решение провести модернизацию и автоматизацию оборудования цеха обжига мела. Ставится задача энергосбережения для самых энергоемких потребителей завода путем эффективной компенсации реактивной мощности, а так же достижение необходимого разряжения в процессе обжига мела и эффективного расхода газа. В данной статье

Зайцев Александр Иванович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. 8 (960) 103-89-01

Крысанов Валерий Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8 (920) 228-56-06

Никитин Дмитрий Геннадьевич - ВГТУ, магистрант, тел. 8 (908) 133-88-70

рассматривается вариант модернизации дымососа печи обжига мела. Нагрузка двигателя дымососа крайне непостоянна. За сутки нагрузка может колебаться значительно и достигать разброса в пределах 50 %. Расход газа возможно уменьшить достижением необходимой тяги в процессе обжига мела. Для этого необходимо периодически изменять обороты дымососа. С точки зрения повышения эффективности оптимальным вариантом является установка преобразователя частоты на дымососе. Частотное регулирование создает возможность управления скоростью электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь позволяет избегать нежелательных переходных процессов в электрических сетях, обеспечивая работу оборудования в наиболее экономичном режиме, и позволяет улучшить безотказность работы и долговечность технологической системы. А экономическая эффективность, которую можно получить от внедрения преобразователей частоты выразится в экономии электрической энергии (составит порядка 30-40 % [1]). Большинство преобразователей частоты сделаны на базе выпрямителей с естественной коммутацией. Им свойственны недостатки:

1. При любых углах управления выпрямитель потребляет из питающей сети реактивную мощность Q (индуктивного характера), которая достигает максимума при угле управления 90 градусов электрических (режим холостого хода) и достигает величины, равной полной мощности выпрямителя

2. Неуправляемые выпрямители являются потребителями реактивной мощности, как следствие потери [2].

Рассматривается два варианта: модернизация с использованием

преобразователя частоты с естественной коммутацией и компенсация реактивной энергии с помощью установки конденсаторных

батарей, и установка преобразователей частоты на базе управляемых компенсационных выпрямителей.

Вопрос компенсации реактивной мощности стоит, и для этого рассмотрим схему потребителей завода. Предприятие обладает различным энергоемким производственным оборудованием, которое загружает

распределительную сеть реактивной мощностью, что приводит к увеличению потерь активной мощности, уменьшает пропускную способность трансформаторов подстанции. Кроме обеспечения электроснабжения производства и собственных нужд завода, через распределительную сеть проходит транзитная электроэнергия. Вследствие этого качество электроэнергии контролируется поставщиком. Одним из параметров качества электроэнергии является коэффициент мощности, значение которого по предписанию поставщика не должно быть ниже 0,94 на фидере 0,4 кВ. Вышеизложенные причины делают одной из основных задач энергоэффективности электропотребления обеспечение наиболее полной компенсации реактивной мощности (вплоть до поддержания со8 ф = 1).

На одних шинах РУ-0,4 кВ трансформаторной подстанции ТП-2 с цехом обжига извести находится промышленный складской комплекс №1 и цех отгрузки извести. Оборудование данного цеха представлено различными асинхронными электроприводами. Среднемесячное потребление электроэнергии данного цеха составляет около 2 000 кВт*ч. Цех работает круглосуточно. Диаграмма представлена на рисунке.

Анализ диаграммы реактивной мощности показывает проблему компенсации реактивной мощности цеха обжига мела. Из графиков диаграммы мощностей видно, что среднее значение реактивной мощности в течении суток равно 400 кВар. Для оптимального баланса активной и реактивной мощности необходимо компенсировать 300 кВАр. Компенсировать данные 300 кВАр позволяют

автоматизированные компенсаторы реактивной мощности, которые необходимо будет установить в ТП-2 на шинах РУ-0,4 кВ заводской трансформаторной подстанции. Это потребует дополнительных финансовых затрат на приобретение и обслуживание. На диаграмме видно, что коммутация батарей производится 10 раза в сутки: утром, вечером в начале и конце смены, в начале и конце обеденного перерыва. В результате такого режима работы контакторы выходят из строя и

требуют замены с периодичностью в среднем 1 контактор раз в два месяца. Но оптимального режима компенсации реактивной мощности такое дискретное регулирование не дает. Все это требует применения более современных средств компенсации реактивной мощности.

Таким образом компенсировать реактивную мощность и повысить точность регулирования оборотов нам предоставляется возможным при установке частотных регуляторов напряжения на базе управляемых компенсационных выпрямителей на приводе дымососа печи обжига мела. Компенсационные выпрямители (КВ) являются принципиально новым техническим решением в области создания современных управляемых преобразователей переменного тока в постоянный (управляемые выпрямители). Применение КВ даст положительный результат в случае, когда в узле нагрузки будут потребители реактивной мощности

индуктивного характера, к которым можно отнести остальные двигатели цеха обжига мела и промышленно складского помещения №1. В этом случае значение полной мощности, потребляемой КВ будет уменьшаться за счет снижения реактивной мощности, причем максимальное снижение значения полной мощности будет при равенстве мощностей емкостного и индуктивного характера.

Основной особенностью

компенсационных выпрямителей является реализация специального алгоритма управления силовыми вентилями. При работе по данному алгоритму управляемый выпрямитель, кроме своей основной функции преобразования переменного тока в постоянный, может выполнять еще и крайне важную функцию энергосбережения -компенсацию реактивной мощности

непосредственно у потребителя [3]. Применение специального алгоритма искусственной коммутации, дает возможность изменять характер потребляемой реактивной мощности, подобно режиму работы синхронного компенсатора, работающего в режиме перевозбуждении. В этом режиме генерируется в сеть реактивная мощность емкостного характера [4].

Существующий эффект компенсации реактивной мощности при малых углах управления, когда не догружен преобразователь частоты. Данный эффект управляемого выпрямителя переменного тока в постоянный ток достигается минимальной корректировкой силовой части

преобразователя. Принцип работы, схемные и технические решения, основные

закономерности процессов коммутации и управления силовыми вентилями, основные технические и энергетические параметры компенсационных управляемых

преобразователей переменного тока в постоянный ток подробно описаны в [1, 2].

Автономная работа трех печей ставит задачу установки отдельно трех преобразователей частоты. Мощность каждого будет равно 400 кВт, а суммарная мощность равна 1200 кВт. Предположительная стоимость одного преобразователя частоты равна 741000р [5]. Расчетная цена АКРМ составляет не более 3800 р на 1 кВА. Учитывая режим работы гальванических устройств, для оптимальной компенсации реактивной мощности на величину расчетной максимальной активной мощности имеющегося выпрямителя, желательно применить компенсационный выпрямитель мощностью на 15 % больше [2]. Так как нам необходимо компенсировать около 400 кВАр, стоимость АКРМ будет равна 1577000 р. Плюс его подключение 10 % стоимости. Таким образом цена первого варианта модернизации равна 3800000 р.

Рассматриваем второй вариант

модернизации, в этом случае преобразователь частоты будет стоить 1120000 р. Экономический эффект и цена двух вариантов модернизации установки представлен в таблице.

С этих позиций в работе получены следующие результаты:

- такой альтернативный источник реактивной мощности разгружает

энергосистему от перетоков реактивной мощности и снижает потери активной энергии

в распределительных сетях, увеличивая пропускную способность линий

электропередачи;

- дополнительно к эффекту энергосбережения за счет регулирования скорости электропривода при частотном управлении добавляется составляющая энергосбережения за счет сокращения потерь активной энергии при разгрузке сетей.

Рассматривая вышеизложенные варианты модернизации оборудования, делаем вывод о том, что при соблюдении всех технологических требований и равном эффекте компенсации реактивной мощности (400 кВАр), экономически выгоднее установить

преобразователей частоты на базе управляемых компенсационных выпрямителей. При этом необходимо отметить, что обслуживание одного устройства будет менее затратным, нежели двух.

Литература

1. Зайцев, А. И. Применение компенсационных преобразователей в целях энергосбережения [Текст] / А. И. Зайцев, А. С. Плехов // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2010. - № 4.

2. Зайцев, А. И. Технико-экономические показатели применения энергосберегающих компенсационных выпрямителей для питания регулируемых электроприводов [Текст] / А. И.Зайцев, А. С. Плехов // Электротехнические комплексы и системы управления. 2010. - № 16.

3. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков; под ред. И.Я. Браславского. М: Издательский центр «Академия», 2004. - 256 с.

4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - 9-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1996. - 638 с.

5. Прайс-лист Vesper [Электронный ресурс]: Режим доступа: World Wide Web. URL :http://xn--80aqahnfuib9b.xn--p1ai/files/vesper_price.pdf

2500

2000

oooooooooooooooooooooooo oooooooooooooooooooooooo

-Активная мощность, кВт -Реактивная мощность, кВар

Диаграмма нагрузки цеха обжига мела

№ Вариант модернизации Цена, р. Общая стоимость, р. Экономический эффект установки компенсационных выпрямителей, р.

1 Преобразователи частоты с естественной коммутацией 2223GGG 3SGGGGG 1127000

Конденсаторные батареи 1577GGG

2 2Преобразователи частоты на базе управляемых компенсационных выпрямителей 336GGGG 434GGGG 1284000

Воронежский государственный технический университет

DRIVE UPGRADE DYMOSOSY BASED COMPENSATION OF CONTROLLED RECTIFIERS AS PART OF FREQUENCY VOLTAGE REGULATORS

A.I. Zaitsev, V.N. Krysanov, D.G. Nikitin

The materials described problems chalk kilns. Were removed and analyzed graphics power consumption. Two variants of modernization exhauster furnace, identified their strengths and weaknesses. Given description of the results of modernization of the electric exhauster

Key words: reactive power compensation rectifiers, exhauster