רetrofit של מומסים בזרם גבוה בתחנות כוח

1 מבנה בסיסי ומנגנון פעולה של מומתים בעלי מתח גבוה

1.1 הרכבת המודולים

• מודול המומת: מודול זה ממיר את המתח החילופין הגבוה הזמין למתח ישר. סעיף ההממתה מורכב בעיקר מתאורתורים, דיודות או מכשירים חשמליים אחרים כדי להשיג את המרת המתח מהחילופין לישר. בנוסף, באמצעות יחידת בקרה ניתן להשתלט על רגולציה של מתח ופיצוי של כוח עד לרמה מסוימת.

• מודול מסנן ה-DC: המתח הישר הממומת מעובד דרך מעגל מסנן כדי לסMOOTH את תנועות המתח, ליצור מתח DC יציב. מתח זה מספק לא רק תמיכה אנרגטית בשלב ההממתה הבא, אלא גם משחק תפקיד חשוב בהבטיחות יציבות המתח והיכולת התגובה הדינמית.

• מודול ההממתה: המתח הישר המסונן ממומת בחזרה למתח חילופין במומר באמצעות מכשירים חשמליים כמו IGBT וטכנולוגיית מודולציה רוחב פולס (PWM). על ידיJUSTING את שיעור האוטודיאד והתדירות של אות PWM, המומר יכול לשלוט בדיוק באמפליטודה והתדירות של המתח החילופין הנפלט, בהתאם לדרישות של מטענים שונים כגון מנועים, מאווררים ומדחפים. טכנולוגיה זו מאפשרת למומר לספק פונקציות כגון הפעלה רכה, בקרת מהירות ללא מדרגות, תנאי פעולה אופטימליים וחסכון באנרגיה.

1.2 מנגנון פעולה

מומתים בעלי מתח גבוה משתמשים בטופולוגיה רב-מפלסית מקושרת, שמפיקה צורה גלית שקרובה מאוד למשוונית. הם יכולים להפיק מתח חילופין גבוה ישירות כדי לניע מנועים. תצורה זו מצמצמת את הצורך בפילטרים נוספים או טראנספורמרים מגבירים ומציעה יתרונות של תוכן הרמוני נמוך. המהירות של המנוע $n$ מקיימת את המשוואה הבאה:

כאשר: $P$ הוא מספר זוגות הקטבים של המנוע; $f$ היא תדירות הפעולה של המנוע; $s$ היא שיעור הסליפ. מאחר ושיעור הסליפ הוא בדרך כלל קטן (בדרך כלל בין 0-0.05), ניתן להתאים את תדירות ההספק של המנוע $f$ כדי לתאם את המהירות האמיתית שלו $n$. שיעור הסליפ של המנוע $s$ קשור חיובית לעוצמת המטען - ככל שהמטען גדול יותר, כך שיעור הסליפ גדול יותר, מה שגורם להפחתת המהירות האמיתית של המנוע.

1.3 גורמים עיקריים לבחירת טכנולוגיה

• התאמה של מתח: יש לבחור סכמות התאמה מתאימות כגון "High-High" או "High-Low-High" בהתאם למתח המזערי של המנוע. עבור מנועים מעל 1,000 kW מומלץ להשתמש בסכמה "High-High". עבור מנועים מתחת ל-500 kW, ניתן לתת עדיפות לסכמה "High-Low-High".

• הקטנת הרמוניות: הרמוניות נוצרות בקלות בנמלי הקלט והפלט של מומתים בעלי מתח גבוה. כדי להפחית את השפעתם, ניתן להשתמש בטכניקות רב-שכבות או בפילטרים נוספים. באמצעות תכנון נכון של פילטרים, ניתן לשלוט בהעתקת הרמוניות עד 5%, ולשיגוע דיכוי הרמוניות יעיל.

• התאמה סביבתית: מומתים בעלי מתח גבוה דורשים מערכות קרירה אוויר או מים כדי להבטיח שהטמפרטורה הפנימית של תיבת הבקרה נמוכה מ-40°C. בדרך כלל מותקנים מקליחים ומערכות מיזוג אוויר באתר המומתים. באזורים מיוחדים ללא מיזוג אוויר, יש לשקול את דירוג הטמפרטורה של המרכיבים בתכנון ולהגדיל את יכולת ההระשה של מערכות הקרירה כדי להבטיח פעילות יציבה.

2 דוגמא לשימוש במומתים בעלי מתח גבוה בתחנות כוח

מערכת הכוח בתחנת כוח כוללת בדרך כללquipment מטור-גנרטורים, כינים, מערכות טיפול במים, העברה של פחם ומערכות הסרה של גופרית. החלק של הטור מספק כוח ל唧筒泵和循环水泵，锅炉部分提供一次风机（主风机）、二次风机和引风机，而输煤部分操作带式输送机。通过根据负荷变化使用高压变频器对这些设备进行变速控制，可以减少能耗、降低辅助电力消耗并提高运行经济性。

印度尼西亚莫罗瓦利的一个镍铁生产项目，位于苏门答腊岛，在2019年至2023年间投产了八台135 MW发电机组。为进一步优化内部运营并降低成本，在2023年至2024年期间对1号、2号、3号、4号和7号机组的凝结水泵以及2号和5号机组的给水泵进行了高压变频器的技术改造。

2.1 设备状态

该项目采用火法冶金镍铁工艺，拥有25条生产线，配备八台东方电气DG440/13.8-II1循环流化床锅炉和八台135 MW中间再热凝汽式汽轮发电机。每台机组配置两台定频凝结水泵、两台液力耦合器调节泵和六台风机液力耦合器调节。

给水泵和风机设计有冗余，提供10%至20%的备用容量。5号和6号机组以孤岛模式运行，负荷率约为70%。通过优化电机转速以匹配实际负荷需求，并将再生制动能量反馈到电网中，减少了风机、水泵等设备不必要的能源消耗，进一步降低了系统能耗。

2.2 改造方案

根据实际设备运行情况，对135 MW发电机组的给水泵和凝结水泵实施了高压变频器改造。

• 给水泵改造：采用“一对一”自动配置，每台给水泵配备一台专用高压变频器，并包括旁路柜以确保系统的可靠性。

• 凝结水泵改造：采用“一对二”配置，两台凝结水泵共用一台高压变频器，平衡效率和成本效益。

考虑到当地历史最高温度范围为23-32°C，选择了能在40°C环境温度下工作的组件。此外，根据40°C的室温调整了变频器柜的强制排气设计，以确保有效的散热，无需专门的变频器室或空调系统。

2.3 经济效益评估

该改造项目的总投资约为600万元人民币，其中设备费用500万元，施工费用40万元，客户提供的辅助材料费用60万元。计算显示，每年可节省约658万元人民币的能源费用，投资回收期不到一年，成功实现了预期的经济效益。

3 结论

随着高压变频技术的快速发展，其在各个行业的应用也迅速扩展。在电厂生产系统中，应积极推广高压变频技术。优先对运行时间长或急需升级的机组进行改造，这些措施具有显著的经济价值和战略意义。

1 מבנה בסיסי ומנגנון פעולה של מומתים בעלי מתח גבוה

1.1 הרכבת המודולים

• מודול המומת: מודול זה ממיר את המתח החילופין הגבוה הזמין למתח ישר. סעיף ההממתה מורכב בעיקר מתאורתורים, דיודות או מכשירים חשמליים אחרים כדי להשיג את המרת המתח מהחילופין לישר. בנוסף, באמצעות יחידת בקרה ניתן להשתלט על רגולציה של מתח ופיצוי של כוח עד לרמה מסוימת.

• מודול מסנן ה-DC: המתח הישר הממומת מעובד דרך מעגל מסנן כדי להפוך את תנודות המתח למתח DC יציב. מתח זה מספק לא רק תמיכה אנרגטית בשלב ההממתה הבא, אלא גם משחק תפקיד חשוב בהבטיחות יציבות המתח והיכולת התגובה הדינמית.

• מודול ההממתה: המתח הישר המסונן ממומת בחזרה למתח חילופין במומר באמצעות מכשירים חשמליים כמו IGBT וטכנולוגיית מודולציה רוחב פולס (PWM). על ידי התאמת שיעור האוטודיאד והתדירות של אות PWM, המומר יכול לשלוט בדיוק באמפליטודה והתדירות של המתח החילופין הנפלט, בהתאם לדרישות של מטענים שונים כגון מנועים, מאווררים ומדחפים. טכנולוגיה זו מאפשרת למומר לספק פונקציות כגון הפעלה רכה, בקרת מהירות ללא מדרגות, תנאי פעולה אופטימליים וחסכון באנרגיה.

1.2 מנגנון פעולה

מומתים בעלי מתח גבוה משתמשים בטופולוגיה רב-מפלסית מקושרת, שמפיקה צורה גלית שקרובה מאוד למשוונית. הם יכולים להפיק מתח חילופין גבוה ישירות כדי לניע מנועים. תצורה זו מצמצמת את הצורך בפילטרים נוספים או טראנספורמרים מגבירים ומציעה יתרונות של תוכן הרמוני נמוך. המהירות של המנוע $n$ מקיימת את המשוואה הבאה:

כאשר: $P$ הוא מספר זוגות הקטבים של המנוע; $f$ היא תדירות הפעולה של המנוע; $s$ היא שיעור הסליפ. מאחר ושיעור הסליפ הוא בדרך כלל קטן (בדרך כלל בין 0-0.05), ניתן להתאים את תדירות ההספק של המנוע $f$ כדי לתאם את המהירות האמיתית שלו $n$. שיעור הסליפ של המנוע $s$ קשור חיובית לעוצמת המטען - ככל שהמטען גדול יותר, כך שיעור הסליפ גדול יותר, מה שגורם להפחתת המהירות האמיתית של המנוע.

1.3 גורמים עיקריים לבחירת טכנולוגיה

• התאמה של מתח: יש לבחור סכמות התאמה מתאימות כגון "High-High" או "High-Low-High" בהתאם למתח המזערי של המנוע. עבור מנועים מעל 1,000 kW מומלץ להשתמש בסכמה "High-High". עבור מנועים מתחת ל-500 kW, ניתן לתת עדיפות לסכמה "High-Low-High".

• הקטנת הרמוניות: הרמוניות נוצרות בקלות בנמלי הקלט והפלט של מומתים בעלי מתח גבוה. כדי להפחית את השפעתם, ניתן להשתמש בטכניקות רב-שכבות או בפילטרים נוספים. באמצעות תכנון נכון של פילטרים, ניתן לשלוט בהעתקת הרמוניות עד 5%, ולשיגוע דיכוי הרמוניות יעיל.

• התאמה סביבתית: מומתים בעלי מתח גבוה דורשים מערכות קרירה אוויר או מים כדי להבטיח שהטמפרטורה הפנימית של תיבת הבקרה נמוכה מ-40°C. בדרך כלל מותקנים מקליחים ומערכות מיזוג אוויר באתר המומתים. באזורים מיוחדים ללא מיזוג אוויר, יש לשקול את דירוג הטמפרטורה של המרכיבים בתכנון ולהגדיל את יכולת ההระשה של מערכות הקרירה כדי להבטיח פעילות יציבה.

2 דוגמא לשימוש במומתים בעלי מתח גבוה בתחנות כוח

מערכת הכוח בתחנת כוח כוללת בדרך כלל ציוד מתורביניות, כינים, מערכות טיפול במים, העברת פחם ומערכות הסרה של גופרית. החלק של הטור מספק כוח ל唧筒泵和循环水泵，锅炉部分提供一次风机（主风机）、二次风机和引风机，而输煤部分操作带式输送机。通过根据负荷变化使用高压变频器对这些设备进行变速控制，可以减少能耗、降低辅助电力消耗并提高运行经济性。

印度尼西亚莫罗瓦利的一个镍铁生产项目，位于苏门答腊岛，在2019年至2023年间投产了八台135 MW发电机组。为进一步优化内部运营并降低成本，在2023年至2024年期间对1号、2号、3号、4号和7号机组的凝结水泵以及2号和5号机组的给水泵进行了高压变频器的技术改造。

2.1 מצב הציוד

הפרויקט משתמש בתהליך ניקל-ברזל תרמי עם 25 קווי ייצור, מצוידים בשניים וחמישה DG440/13.8-II1 כינים מעגליים ותורביות קיטור מummative steam turbine generator sets. Each unit is configured with two fixed-frequency condensate pumps, two hydraulic coupler-regulated pumps, and six hydraulic coupler-regulated fans.

The feedwater pumps and fans are designed with redundancy, providing 10%-20% backup capacity. Units 5 and 6 operate in island mode with a load rate of approximately 70%. By optimizing motor speed to match actual load demands and incorporating regenerative braking energy feedback to the grid, unnecessary energy consumption from fans, pumps, and other equipment is reduced, further minimizing system energy losses.

2.2 שיטת הרetrofit

基于实际设备运行情况，对135 MW发电机组的给水泵和凝结水泵实施了高压变频器改造。

• 给水泵改造：采用“一对一”自动配置，每台给水泵配备一台专用高压变频器，并包括旁路柜以确保系统的可靠性。

• 凝结水泵改造：采用“一对二”配置，两台凝结水泵共用一台高压变频器，平衡效率和成本效益。

Considering the local historical maximum temperature range of 23-32°C, components were selected to operate at a 40°C ambient temperature. Additionally, the forced exhaust design of the inverter cabinet was adjusted based on a 40°C room temperature to ensure effective heat dissipation, eliminating the need for a dedicated inverter room or air conditioning systems.

2.3 Evaluation of Economic Benefits

The total investment for this retrofit project was approximately 6 million RMB, including 5 million RMB for equipment, 400,000 RMB for construction, and 600,000 RMB for auxiliary materials provided by the client. Calculations show an annual energy-saving benefit of 6.58 million RMB, allowing the investment to be recovered in less than one year, successfully achieving the expected economic goals.

3 Conclusion

With the rapid development of high-voltage inverter technology, its applications have expanded rapidly across various industries. In power plant production systems, high-voltage inverter technology should be actively promoted. Priority should be given to retrofitting units with long operating hours or those urgently in need of upgrades, as such measures offer significant economic value and strategic importance.