羅克韋爾自動化變頻驅動裝置在電力行業的應用

背景

      火力發電廠每天都要不斷地排出大量煤灰，如何安全可靠的去除煤灰對很多工程技術人員來說都是一個非常棘手的問題。高效的管道傳輸和廢物分配管理涉及到許多有挑戰性的技術，能源效率管理的問題是其中之一。

      這一點對如今許多傳統發電廠來說非常重要，尤其是中國的發電廠。由于中國政府正逐漸放開對能源工業的管理，這些電廠正努力在發電和配電方面尋求更新更有效的方法。決策者們也認識到，要贏得未來的市場，必須提高效率，減少生產成本。羅克韋爾自動化中國公司與中國四海自動控制公司合作對威海發電廠進行了設備改造，大大改善了設備性能和用電效率，同時還迅速降低了成本。

      威海發電廠位于經濟迅速騰飛的中國山東省的東部沿海地區，被中國國家電力委員會評為一級發電廠。這個大型發電廠現在擁有兩臺125MW和兩個300MW的機組，另外在不久的將來還有兩臺600MW的電站投入運行。

     令許多人驚訝的是，發電過程本身就需要消耗很多電能。減少電能消耗、降低成本，也是世界各地電廠追求的目標。尤其在中國，由于政府鼓勵減少生產總成本，這一問題顯得更為重要，各地電廠都在努力尋求解決工業生產管理的有效辦法。

      威海發電廠改造遇到的最大挑戰是煤灰漿管道的電動機控制和灰漿泵工況運行。煤漿管道利用三個工業泵上的閥門進行流量控制，然后將水和煤灰的混合物運送到遠處的沉淀池。這個處理過程是由三臺367.7kW、6kV的電動機驅動的。在原來的系統中，閥門的開啟和關閉都取決于與負荷需要量相聯系的預計煤漿量。不管輸送的煤漿量是多少，這三臺367.7kW，6kV的電動機都連續全速運轉。此外，計劃停機時的 “硬”停機方法也對電動機的性能構成了威脅，從而經常要花費相當多的資金對電動機進行維修。原系統每年所花費的成本是驚人的，但威海電廠從未系統地統計過，生產管理人員只能大致估算由此產生的經濟影響。

      在電廠管理層決心采取有效方法解決煤漿管道運行的問題后，工程師們就開始尋找既具有豐富經驗又能夠提供完善客戶支持的供應商，以便為電廠提供最佳的設備改造解決方案。他們選擇了羅克韋爾自動化中國公司和四海自動控制工程公司為該廠重要的戰略合作伙伴，四海自動控制工程公司是中國最大的電力控股公司SEPCO的子公司。

      解決方案

      兩個公司的工程師在使用變頻驅動裝置控制電動機速度、運轉和管道輸送網絡方面取得了一致意見。采用這一方案，電動機可以根據實際負荷需要量，以最低的轉速最有效地帶動煤灰運輸裝置。

      由于煤灰漿的流動是通過變頻驅動裝置控制的，因此管道閥門可以一直呈開啟狀態。此外，還可以使電動機由“硬啟動”和“硬關閉”轉換為“軟啟動”和“軟關閉”，這樣，既保證了電流的平穩，又不損害電路和電動機性能。變頻驅動還大大降低了能源消耗，節約了大筆能源成本。

      羅克韋爾自動化公司的中壓驅動裝置PowerFlex7000是這次完全自動化解決方案的核心。這種18脈沖的變頻裝置是可再生制動的，可以實現電動機制動在無需附加軟、硬件的條件下將電能反饋回電站。對于因高慣性載荷經常需要迅速減速的泵、風機和鼓風機而言，這是非常理想的。

      輸出電壓和輸出電流也呈非常好的正弦波，這意味著它可以直接驅動普通電動機，而不用降低功率使用或增加濾波器，同時電動機運行溫度也不會有明顯上升。同時，由于PowerFlex是6kV變頻裝置，它不像3kV變頻裝置那樣需要增加很多額外的降壓和升壓硬件設備，這些設備價格不菲，而且易出故障。

      四海公司提供了與之相配套的工程設計和集成服務，同時還負責在當地采購所需的18脈沖隔離變壓器。羅克韋爾自動化公司的全球生產方案組也提供了全部啟動和現場試驗服務，以確保系統的完整性和性能。

      成果

      改造前，威海電廠的三個灰漿泵在8月份的用電量高峰期總共要使用94860kWh的電量。改造后，在同一月份總的用電量只有51840kWh，下降了45％。

      設備的切換和啟動極快，要求從啟動到停止不超過4h，發電中斷降低到最小程度。該方案是在威海電廠所有原有電動機和電動機控制斷路器的基礎上進行的。此外，新的控制設備也在現有設備室和電路配置的范圍內進行改造，它加快了執行過程，為以后的工程設計和硬件節省了成本。

      由于中壓解決方案所帶來的明顯效益，威海電廠已簽署協議對其鍋爐鼓風機單元設備的電動機控制進行改造。威海發電廠總工程師說：“羅克韋爾自動化與四海公司的聯手合作使我們對這個中壓解決方案所帶來的效益充滿信心。此外，他們在客戶服務及工程技術支持方面擁有良好信譽，使其成為我們值得依賴的合作伙伴，并促使我們在今后的生產中取得更大的成績。”