ГК «Росатом». Система бесперебойного питания тягодутьевых механизмов энергетического котла с высоковольтными электродвигателями.
Uninterruptable Motor Drive system for the boiler.
Данный проект реализован Инженерным центром «АРТ» в июле 2015 года на ТЭЦ ответственного энергетического объекта для котла БКЗ-220-100-9.
В течение последующих лет система бесперебойного питания безотказно функционирует, сохраняя котел в работе при глубоких провалах напряжения и перерывах в электроснабжении, связанных с высокой грозовой активностью в районе расположения ТЭЦ.
Комплектное устройство системы бесперебойного питания тягодутьевых механизмов энергетического котла БКЗ 220 (установленная мощность двигателей 1200 кВт).
Почему необходима система бесперебойного питания.
Регулирование процессов горения топлива в котле предполагает изменение напора и производительности дутьевых вентиляторов и дымососов. Частотно-регулируемый привод тяго-дутьевых механизмов (ТДМ) позволяет это делать наиболее экономично. Вместе с тем, применение данной технологии сдерживается рисками аварийной остановки котла технологическими защитами при нарушениях электроснабжения.
В традиционных схемах включения приводных электродвигателей ТДМ провал напряжения или кратковременное отключение не столь опасны, т.к. с восстановлением питания двигатели продолжают нормально работать (коммутационный аппарат обычно остается во включенном положении). Большие рабочие колеса выполняют роль маховиков и не допускают резких изменений режима горения.
При использовании частотно-регулируемого привода «провал» напряжения на 15-20 % активизирует защиту преобразователя и вызывает его отключение. После «сброса» защиты преобразователь частоты инициализируется и включается в работу, однако за это время котел как правило останавливается.
Задача бесперебойного питания ТДМ усложняется тем, что все электродвигатели являются высоковольтными (установленная мощность четырех электродвигателей составляет 1200 кВт).
Как построена система бесперебойного питания.
Система частотного регулирования ТДМ на объекте – «двухтрансформаторная», с преобразователями частоты на напряжение 690 В. Все преобразователи частоты - с водяным охлаждением.
|
|
| Понижающие и повышающие трансформаторы (обмотки 6,3 кВ и 0,69 кВ) группового высоковольтного частотно-регулируемого привода. | Преобразователи частоты (690 В) и фильтры группового высоковольтного частотно-регулируемого привода. |
Бесперебойное питание предусмотрено для всех четырех электродвигателей (два вентилятора и два дымососа) с использованием общей аккумуляторной батареи.
Структура системы частотного регулирования тяго-дутьевых механизмов котла с бесперебойным питанием высоковольтных электроприводов.
Для нормальной работы котла или его безаварийной остановки необходимо обеспечить резервное питание приводов при нарушениях электроснабжения не менее 9 секунд (времени срабатывания технологической защиты от пониженного напряжения).
Аккумуляторная батарея подсоединяется к приводам через два преобразователя постоянного напряжения (DC/DC- преобразователя), каждый из которых «отвечает» за группу из одного дымососа и одного вентилятора. В нормальном режиме аккумуляторы заряжаются через DC/DC- преобразователи. В аварийном режиме накопители разряжаются и питают через звено постоянного тока преобразователи частоты. Этим достигается непрерывная работа двигателей.
|
|
| Силовое оборудование системы бесперебойного питания (слева – аккумуляторная батарея). | Наладка поста местного управления системы бесперебойного питания. |
Щит управление системы бесперебойного питания включает внешний программируемый логический контроллер и панель оператора. Контроллер координирует работу всех элементов в штатных и нештатных режимах, управляет лечебными циклами аккумуляторов и др. Панель оператора отображает структуру системы бесперебойного питания, позволяют контролировать готовность оборудования, параметры его работы. На экран выводятся графики основных величин, текстовые сообщения о событиях и др.
С поста местного управления СБП оператор может скопировать данные переходных процессов на компьютер и внести необходимые коррективы в работу оборудования.
|
|
| Главный экран поста местного управления системы бесперебойного питания. | Копирование данных с поста местного управления системы бесперебойного питания. |
Как работает система бесперебойного питания.
DC/DC-преобразователи имеют два режима управления.
«Дистанционный» (управление поддерживаемым напряжением от ПЛК в составе щита управления) и «Местный» (управление выходным током заданной величины с панели управления DC/DC-преобразователя). Режим управления выбирается с помощью ключа «Мест./Дист.» на двери НКУ СБП.
Режим управления «Местный» предназначен для выполнения регламентного обслуживания аккумуляторной батареи. Штатным режимом работы является «Дистанционный». В этом режиме DC/DC-преобразователи обеспечивают на выходе напряжение поддерживающего заряда батареи. При просадке/отключении питающего напряжения и снижении напряжения объединённого звена постоянного тока ниже заданной уставки DC/DC-преобразователь автоматически переключается в режим разряда батареи для поддержания напряжения объединённого звена постоянного тока на этом уровне. При восстановлении питающего напряжения DC/DC-преобразователь возвращается в режим поддерживающего заряда батареи.
Ниже показан пример переходных процессов в системе бесперебойного питания электроприводов при переключении с сети на аккумуляторы и с аккумуляторов на сеть. При отключении «сети» напряжение в звене постоянного тока быстро снижается (Рис., левая часть), что в обычных условиях вызовет отключение преобразователя встроенной защитой. В данном случае при достижении уставки включается DC/DC преобразователь и «подпитывает» звено постоянного тока от аккумуляторной батареи. Привод продолжает работать с неизменной скоростью (выходная частота 33,5 Гц практически не изменилась).
При восстановлении основного питания напряжение в звене постоянного тока возрастает (Рис., правая часть). DC/DC преобразователь осуществляет заряд аккумуляторов и затем отключается.
Пример переходных процессов в системе бесперебойного питания при переключении с сети на аккумуляторы и с аккумуляторов на сеть.
На приведенных ниже осциллограммах зафиксировано срабатывание системы бесперебойного питания при двух провалах напряжения на вводах 6 кВ с промежутком в 30 секунд. Ток отрицательной полярности соответствует разряду батареи на приводы, а ток положительной полярности – заряду аккумуляторов от звена постоянного тока преобразователей частоты.
|
|
| Напряжение на аккумуляторной батарее при двукратном срабатывании системы бесперебойного питания с промежутком в 30 секунд. | Ток в аккумуляторной батарее при двукратном срабатывании системы бесперебойного питания с промежутком в 30 секунд. |
С июля 2015 года по настоящее время система бесперебойного питания электроприводов тяго-дутьевых механизмов котла БКЗ-220-100-9 исправно работает, предотвращая нештатные и аварийные режимы технологического оборудования.
Предложения Инженерного центра «АРТ».
Полный комплекс работ по созданию систем бесперебойного питания частотно-регулируемых приводов мощностью от нескольких кВт до сотен и тысяч кВт, в том числе:
- анализ схемы электроснабжения объекта, схем электроприводов и др;
- измерения и/или моделирование параметров электроприводов в ненормальных и аварийных режимах;
- выбор топологии и оборудования систем бесперебойного питания;
- выполнение комплекса работ по системам бесперебойного питания от проектирования до пусконаладки и интеграции их в АСУ ТП.
