Pemasangan Semula Inverter Voltan Tinggi di Loji Kuasa

1 Struktur Asas dan Mekanisme Operasi Inverter Voltan Tinggi

1.1 Komposisi Modul

• Modul Rektifikasi: Modul ini menukar tenaga AC voltan tinggi input menjadi tenaga DC. Bahagian rektifikasi terutamanya terdiri daripada tiristor, diod, atau peranti semikonduktor kuasa lain untuk mencapai pertukaran dari AC ke DC. Selain itu, melalui unit kawalan, penyesuaian voltan dan kompensasi kuasa dalam lingkungan tertentu boleh dilaksanakan.

• Modul Penapis DC: Tenaga DC yang telah direktifikasi diproses oleh litar penapis untuk meratakan fluktuasi voltan, membentuk voltan bas DC yang stabil. Voltan ini tidak hanya menyediakan sokongan tenaga untuk fasa inverter berikutnya tetapi juga memainkan peranan penting dalam menjamin kestabilan voltan output dan keupayaan respons dinamik.

• Modul Inverter: Tenaga DC yang telah difilter dikonversikan kembali menjadi tenaga AC dalam modul inverter menggunakan peranti semikonduktor kuasa seperti IGBT dan teknologi modulasi lebar pulsa (PWM). Dengan menyesuaikan kitaran beban dan frekuensi beralih PWM, inverter boleh mengawal dengan tepat amplitud dan frekuensi tenaga AC output, memenuhi keperluan pelbagai beban seperti motor, pemandu udara, dan pam. Teknologi ini membolehkan inverter menyediakan fungsi seperti permulaan lembut, kawalan kelajuan tanpa tahap, keadaan operasi yang dioptimumkan, dan penghematan tenaga.

1.2 Mekanisme Operasi

Inverter voltan tinggi menggunakan topologi multilevel bertingkat, menghasilkan gelombang output yang hampir mendekati gelombang sinus. Mereka boleh mengeluarkan tenaga AC voltan tinggi secara langsung untuk mendorong motor. Konfigurasi ini menghapuskan keperluan untuk penapis tambahan atau transformer naik dan menawarkan kelebihan kandungan harmonik rendah. Kelajuan motor $n$ memenuhi persamaan berikut:

Di mana: $P$ adalah jumlah pasangan kutub motor; $f$ adalah frekuensi operasi motor; $s$ adalah nisbah slip. Oleh kerana nisbah slip biasanya kecil (biasanya dalam lingkungan 0–0.05), penyesuaian frekuensi bekalan motor $f$ membolehkan pengawalan sepadan terhadap kelajuan sebenarnya $n$. Nisbah slip motor $s$ berkorelasi positif dengan intensiti beban—semakin tinggi beban, semakin besar nisbah slip, menyebabkan penurunan kelajuan sebenar motor.

1.3 Faktor Utama dalam Pilihan Teknikal

• Penjodohan Voltan: Pilih skema penjodohan yang sesuai seperti "Tinggi-Tinggi" atau "Tinggi-Rendah-Tinggi" berdasarkan voltan teraju motor. Untuk motor dengan kuasa melebihi 1,000 kW, skema "Tinggi-Tinggi" disarankan. Untuk motor di bawah 500 kW, skema "Tinggi-Rendah-Tinggi" mungkin diprioritaskan.

• Pengurangan Harmonik: Harmonik mudah dihasilkan pada terminal input dan output inverter voltan tinggi. Untuk mengurangkan kesannya, teknik multiplexing atau penapis tambahan boleh digunakan. Dengan konfigurasi penapis yang betul, distorsi harmonik boleh dikawal dalam 5%, mencapai pengurangan harmonik yang efektif.

• Ketahanan Lingkungan: Inverter voltan tinggi memerlukan sistem pendingin udara atau air untuk memastikan suhu dalaman kabinet kawalan kekal di bawah 40°C. Dehumidifier dan unit pendingin udara biasanya dipasang di lokasi inverter. Di kawasan khas tanpa pendingin udara, rating suhu komponen harus dipertimbangkan semasa reka bentuk, dan kapasiti ventilasi sistem pendingin harus ditingkatkan untuk memastikan operasi stabil.

2 Contoh Penggunaan Inverter Voltan Tinggi di Kilang Kuasa

Sistem kuasa kilang biasanya termasuk peralatan dari generator turbin, ketel, pemprosesan air, pengangkutan arang, dan sistem desulfurisasi. Bahagian turbin menyediakan tenaga kepada pam umpan air dan pam air sirkulasi, bahagian ketel menyediakan pemandu udara paksa (pemandu utama), pemandu sekunder, dan pemandu induksi, manakala bahagian pengangkutan arang mengoperasikan konveyor sabuk. Dengan menggunakan inverter voltan tinggi untuk kawalan kelajuan berubah-ubah peranti ini berdasarkan variasi beban, penggunaan tenaga boleh dikurangkan, penggunaan tenaga bantu diturunkan, dan ekonomi operasi ditingkatkan.

Projek produksi nikel-besi di Morowali, Indonesia, yang terletak di Pulau Sumatra, telah memasang lapan unit generator 135 MW antara 2019 dan 2023. Untuk lebih mengoptimumkan operasi dalaman dan mengurangkan kos pengeluaran, pembaharuan teknikal yang melibatkan pemasangan inverter voltan tinggi telah dilaksanakan antara 2023 dan 2024 untuk pam kondensat Unit 1, 2, 3, 4, dan 7, serta pam umpan air Unit 2 dan 5.

2.1 Status Peralatan

Projek ini menggunakan proses nikel-besi pirometalurgi dengan 25 lini pengeluaran, dilengkapi dengan lapan ketel aliran fluida berputar sirkulasi Dongfang Electric DG440/13.8-II1 dan lapan set generator turbin uap intermediet rekuperatif 135 MW. Setiap unit dikonfigurasikan dengan dua pam kondensat frekuensi tetap, dua pam yang dikawal oleh kopling hidraulik, dan enam pemandu yang dikawal oleh kopling hidraulik.

Pam umpan air dan pemandu direka dengan redundansi, menyediakan kapasiti cadangan 10%–20%. Unit 5 dan 6 beroperasi dalam modus pulau dengan kadar beban kira-kira 70%. Dengan mengoptimumkan kelajuan motor untuk sesuai dengan permintaan beban sebenar dan mengintegrasikan feedback tenaga brek regeneratif ke grid, penggunaan tenaga yang tidak perlu dari pemandu, pam, dan peralatan lain dikurangkan, mengurangkan kehilangan tenaga sistem lebih lanjut.

2.2 Skema Pembaharuan

Berdasarkan keadaan operasi peralatan sebenar, pembaharuan inverter voltan tinggi telah dilaksanakan untuk pam umpan air dan pam kondensat set generator 135 MW.

• Pembaharuan Pam Umpan Air: Konfigurasi "Satu ke Satu Otomatis" telah diadopsi, di mana setiap pam umpan air dilengkapi dengan inverter voltan tinggi yang tersendiri, termasuk kabinet bypass untuk memastikan kebolehpercayaan sistem.

• Pembaharuan Pam Kondensat: Konfigurasi "Satu ke Dua" telah dilaksanakan, di mana dua pam kondensat berkongsi satu inverter voltan tinggi, mengimbangi kecekapan dan keberkesanan kos.

Mengambil kira lingkungan suhu maksimum sejarah tempatan 23–32°C, komponen dipilih untuk beroperasi pada suhu ambien 40°C. Selain itu, reka bentuk ekshaust paksa kabinet inverter telah disesuaikan berdasarkan suhu bilik 40°C untuk memastikan penyejukan yang efektif, menghapuskan keperluan untuk bilik inverter khusus atau sistem pendingin udara.

2.3 Penilaian Keuntungan Ekonomi

Jumlah pelaburan untuk projek pembaharuan ini kira-kira 6 juta RMB, termasuk 5 juta RMB untuk peralatan, 400,000 RMB untuk pembinaan, dan 600,000 RMB untuk bahan bantu yang disediakan oleh pelanggan. Perhitungan menunjukkan faedah penghematan tenaga tahunan sebanyak 6.58 juta RMB, membolehkan pelaburan dipulihkan dalam masa kurang daripada setahun, berjaya mencapai matlamat ekonomi yang diharapkan.

3 Kesimpulan

Dengan perkembangan pesat teknologi inverter voltan tinggi, aplikasinya telah berkembang dengan cepat di pelbagai industri. Dalam sistem pengeluaran kilang kuasa, teknologi inverter voltan tinggi harus dipromosikan secara aktif. Prioritas harus diberikan kepada pembaharuan unit dengan masa operasi yang panjang atau yang memerlukan peningkatan segera, kerana langkah-langkah tersebut memberikan nilai ekonomi dan kepentingan strategik yang signifikan.