Αναβαθμίσεις υψηλής τάσης σε αντιστροφές σε ηλεκτροπαραγωγικά εργοστάσια
1 Βασική Δομή και Λειτουργικός Μηχανισμός Υψηλής Τάσης Αντιστροφοποιητών
1.1 Σύνθεση Μονάδων
Μονάδα Ορθογόνησης: Αυτή η μονάδα μετατρέπει την εισερχόμενη υψηλή τάση AC σε DC. Το τμήμα ορθογόνησης αποτελείται κυρίως από θυρίστορες, διώδες ή άλλα προοδευτικά ηλεκτρονικά συστήματα για να επιτευχθεί η μετατροπή από AC σε DC. Επιπλέον, μέσω μιας μονάδας ελέγχου, μπορεί να επιτευχθεί η ρύθμιση τάσης και η ενεργειακή αντιστάθμιση εντός ενός συγκεκριμένου πεδίου.
Μονάδα Φίλτρου DC: Η ορθογονημένη DC λειτουργεί μέσω ενός φίλτρου για να εξαλείψει τις διακυμάνσεις τάσης, δημιουργώντας μια σταθερή DC βάση τάσης. Αυτή η τάση όχι μόνο παρέχει ενεργειακή υποστήριξη για το επόμενο στάδιο του αντιστροφοποιητή, αλλά παίζει επίσης κρίσιμο ρόλο στη διασφάλιση της σταθερότητας της εξόδου τάσης και της δυναμικής απόκρισης.
Μονάδα Αντιστροφοποιητή: Η φιλτραρισμένη DC μετατρέπεται ξανά σε AC στη μονάδα αντιστροφοποιητή χρησιμοποιώντας προοδευτικά ηλεκτρονικά συστήματα όπως IGBTs και τεχνολογία πλάτους παλμού (PWM). Προσαρμόζοντας το ποσοστό υποχρέωσης και τη συχνότητα κατάτμησης του σήματος PWM, ο αντιστροφοποιητής μπορεί να ελέγξει ακριβώς την πλάτος και τη συχνότητα της εξόδου AC, πληρούντας τις απαιτήσεις διάφορων φορτίων όπως μοτέρ, ανεμιστές και πομποί. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στον αντιστροφοποιητή να παρέχει λειτουργίες όπως μαλακή έναρξη, άνευ στάδιων ρύθμιση ταχύτητας, βελτιστοποιημένες συνθήκες λειτουργίας και εξοικονόμηση ενέργειας.
1.2 Λειτουργικός Μηχανισμός
Οι αντιστροφοποιητές υψηλής τάσης χρησιμοποιούν μια κατακόρυφη πολυεπίπεδη τοπολογία, παράγοντας μια εξόδου σχήμα που προσεγγίζει στενά το σημαντικό κύκλο. Μπορούν να εκδώσουν άμεσα υψηλή τάση AC για να οδηγήσουν μοτέρ. Αυτή η διάταξη εξαλείφει την ανάγκη για πρόσθετα φίλτρα ή μετατροπείς τάσης και προσφέρει το πλεονέκτημα της χαμηλής περιεχόμενης αρμονικών. Η ταχύτητα του μοτέρ n ικανοποιεί την παρακάτω εξίσωση:
Όπου: P είναι το αριθμό ζευγών πόλων του μοτέρ; f είναι η λειτουργική συχνότητα του μοτέρ; s είναι το ποσοστό σλίπ. Επειδή το ποσοστό σλίπ είναι συνήθως μικρό (συνήθως στο εύρος 0–0.05), η προσαρμογή της συχνότητας εφοδιασμού του μοτέρ f επιτρέπει την αντίστοιχη ρύθμιση της πραγματικής ταχύτητας n. Το ποσοστό σλίπ του μοτέρ s είναι θετικά συσχετισμένο με την ένταση φορτίου—το υψηλότερο το φορτίο, το μεγαλύτερο το ποσοστό σλίπ, επιφέροντας μείωση της πραγματικής ταχύτητας του μοτέρ.
1.3 Κλειδί Παράγοντες Τεχνικής Επιλογής
Ταιριασμός Τάσης: Επιλέξτε κατάλληλες συνδυασμένες συνθήκες όπως "Υψηλή-Υψηλή" ή "Υψηλή-Χαμηλή-Υψηλή" με βάση την ονομαστική τάση του μοτέρ. Για μοτέρ με ιπποδυναμική άνω των 1.000 kW, συνιστάται η συνθήκη "Υψηλή-Υψηλή". Για μοτέρ κάτω των 500 kW, η συνθήκη "Υψηλή-Χαμηλή-Υψηλή" μπορεί να έχει προτεραιότητα.
Περιορισμός Αρμονικών: Οι αρμονικές παράγονται εύκολα στα εισερχόμενα και εξερχόμενα τερματικά των αντιστροφοποιητών υψηλής τάσης. Για τη μείωση της επίδρασής τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλαπλά τεχνάσματα ή πρόσθετα φίλτρα. Με την κατάλληλη διάρθρωση φίλτρων, η διαστροφή των αρμονικών μπορεί να ελεγχθεί εντός 5%, επιτυγχάνοντας αποτελεσματική καταστολή των αρμονικών.
Προσαρμοστικότητα στο Περιβάλλον: Οι αντιστροφοποιητές υψηλής τάσης απαιτούν συστήματα ψύξης με αέρα ή νερό για να εξασφαλίσουν ότι η θερμοκρασία μέσα στο κουτί ελέγχου παραμένει κάτω από 40°C. Συνήθως εγκαταστάνται αποξηραντές και κλιματιστικά στις θέσεις αντιστροφοποιητών. Σε ειδικές περιοχές χωρίς κλιματισμό, η θερμοκρασιακή βαθμονόμηση των συστατικών πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την σχεδίαση, και η δυνατότητα αεροσυρόμενης ψύξης πρέπει να αυξηθεί για να εξασφαλίσει σταθερή λειτουργία.
2 Παράδειγμα Εφαρμογής Αντιστροφοποιητών Υψηλής Τάσης σε Ηλεκτροπαραγωγικά
Το ηλεκτρικό σύστημα ενός ηλεκτροπαραγωγικού συνήθως περιλαμβάνει εξοπλισμό από τουρβίνες-γεννήτριες, βουνιά, συστήματα επεξεργασίας νερού, μεταφοράς καυσίμου και αποξειδωτικά συστήματα. Το τμήμα της τουρβίνας παρέχει ενέργεια σε πομπούς κατανάλωσης νερού και πομπούς κυκλοφορίας νερού, το τμήμα της βουνιάς παρέχει ανεμιστές (πρωτογενείς) και δευτερογενείς, καθώς και ανεμιστές ανάγκης, ενώ το τμήμα μεταφοράς καυσίμου λειτουργεί μεταφορικούς λωρίδες. Χρησιμοποιώντας αντιστροφοποιητές υψηλής τάσης για την πολυταχύτητη ελεγχόμενη λειτουργία αυτών των συστημάτων με βάση την μεταβαλλόμενη φορτία, μπορεί να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας, να μειωθεί η επιπλέον κατανάλωση ενέργειας και να βελτιωθεί η οικονομική λειτουργία.
Ένα έργο παραγωγής νικελίου-σιδήρου στο Morowali, Ινδονησία, στην Νήσο Σουμάτρα, έχει εγκαταστήσει οκτώ 135 MW μονάδες γεννήτριες μεταξύ 2019 και 2023. Για να βελτιωθεί περαιτέρω η εσωτερική λειτουργία και να μειωθεί η παραγωγική κόστος, τεχνικές αναβαθμίσεις με την εγκατάσταση αντιστροφοποιητών υψηλής τάσης έχουν εφαρμοστεί μεταξύ 2023 και 2024 για τους πομπούς κατανάλωσης νερού των Μονάδων 1, 2, 3, 4 και 7, καθώς και για τους πομπούς κατανάλωσης νερού των Μονάδων 2 και 5.
2.1 Κατάσταση Εξοπλισμού
Το έργο χρησιμοποιεί μια πυρομεταλλουργική διαδικασία νικελίου-σιδήρου με 25 γραμμές παραγωγής, εφοδιασμένες με οκτώ κυκλοφορικά συστήματα Dongfang Electric DG440/13.8-II1 και οκτώ 135 MW μεσαίας αναθερμάνσεως συμπυκνωτικά τουρβίνες-γεννήτριες. Κάθε μονάδα είναι εφοδιασμένη με δύο πομπούς κατανάλωσης νερού σταθερής συχνότητας, δύο πομπούς ρυθμιζόμενους με υδραυλικά συνδεδεμένα, και έξι ανεμιστές ρυθμιζόμενους με υδραυλικά συνδεδεμένα.
Οι πομποί κατανάλωσης νερού και οι ανεμιστές είναι σχεδιασμένοι με επιπλέον δυνατότητες, παρέχοντας 10%–20% επιπλέον δυνατότητα. Οι Μονάδες 5 και 6 λειτουργούν σε προβάλλοντα μέρη με επιβαρύνσεις περίπου 70%. Με την βελτιστοποίηση της ταχύτητας του μοτέρ για να ταιριάζει με τις πραγματικές ανάγκες φορτίου και την ενσωμάτωση της ενεργειακής ανακατανεμημένης παραγωγής, μειώνεται η αναγκαία κατανάλωση ενέργειας από ανεμιστές, πομπούς και άλλο εξοπλισμό, επιπλέον μειώνοντας τις απώλειες ενέργειας του συστήματος.
2.2 Σχέδιο Αναβαθμίσεως
Βάσει της πραγματικής λειτουργίας του εξοπλισμού, έχουν εφαρμοστεί αναβαθμίσεις αντιστροφοποιητών υψηλής τάσης για τους πομπούς κατανάλωσης νερού και τους πομπούς κατανάλωσης νερού των 135 MW μονάδων.
Αναβάθμιση Πομπού Κατανάλωσης Νερού: Έχει υιοθετηθεί μια διάταξη "Αυτόματη Μία-σε-Μία", όπου κάθε πομπός κατανάλωσης νερού είναι εφοδιασμένος με έναν ειδικό αντιστροφοποιητή υψηλής τάσης, περιλαμβανομένου ενός κουτιού παρακάμψης για να εξασφαλίσει την αξιοπιστία του συστήματος.
Αναβάθμιση Πομπού Κατανάλωσης Νερού: Έχει εφαρμοστεί μια διάταξη "Μία-σε-Δύο", όπου δύο πομποί κατανάλωσης νερού μοιράζονται έναν αντιστροφοποιητή υψηλής τάσης, ισορροπώντας αποτελεσματικότητα και οικονομικότητα.
Λαμβάνοντας υπόψη το ιστορικό εύρος μέγιστης θερμοκρασίας της περιοχής 23–32°C, οι συστατικοί επιλέχθηκαν για λειτουργία σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 40°C. Επιπλέον, η σχεδίαση υποχρεωτικής εξάντλησης του κουτιού αντιστροφοποιητή προσαρμόστηκε βάσει μιας θερμοκρασίας δωματίου 40°C για να εξασφαλίσει αποτελεσματική διάθερμανση, αποφεύγοντας την ανάγκη για ειδικό δωμάτιο αντιστροφοποιητή ή συστήματα κλιματισμού.
2.3 Αξιολόγηση Οικονομικών Πλεονεκτημάτων
Η συνολική επένδυση για αυτό το έργο αναβαθμίσεως ήταν περίπου 6 εκατομμύρια CNY, συμπεριλαμβανομένων 5 εκατομμυρίων CNY για εξοπλισμό, 400.000 CNY για κατασκευή και 600.000 CNY για επιπλέον υλικά παραχωρηθέντα από τον πελάτη. Οι υπολογισμοί δείχνουν ένα ετήσιο οικονομικό πλεονέκτημα 6.58 εκατομμυρίων CNY, επιτρέποντας την ανάκτηση της επένδυσης σε λιγότερο από ένα έτος, επιτυγχάνοντας επιτυχώς τους προσδοκώμενους οικονομικούς στόχους.
