Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО "ЭРАСИБ" (июнь 2011 года)
На тепловой электростанции ОАО «Березовская ГРЭС» (г. Шарыпово Красноярского края) использована система пылеприготовления для сжигания угольного топлива в котлах — восемь мельниц-вентиляторов МВ 3400/900/490, расположенных симметрично вокруг котлоагрегата, напрямую вдувают угольную пыль в топку.
Для управления сжиганием топлива в одном котле необходимы устройства плавного пуска, регулирования скорости и торможения мельниц-вентиляторов МВ 3400/900/490 в количестве 8 (восемь) штук.
Проектировщиками систем управления МВ рассматривается два варианта поставки частотно-регулируемого электропривода МВ на базе высоковольтных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (АД КЗ) типа АДОД-1000/6000-12У3 (1000 кВт, 495 об/мин) производства ОАО «ЭЛСИБ» и на базе статорных высоковольтных многоуровневых преобразователей частоты со встроенными, либо групповыми устройствами динамического торможения.
ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает более экономичный и надежный вариант комплектного частотно-регулируемого электропривода для мельниц МВ 3400/900/490 на базе высоковольтных электродвигателей с фазным ротором (АД ФР) типа АКНЗ-4-17-38-12У3 (1000 кВт, 495 об/мин) производства ГП ХЭМЗ (г. Харьков) и роторных преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1000» разработки и производства ЗАО «ЭРАСИБ». Предлагаемый электропривод позволяет выполнить все технические требования к системе управления МВ, имеет ряд технических преимуществ по сравнению со статорным электроприводом на базе АД КЗ и имеет гораздо меньшую стоимость.
Рис. 1. Однолинейная структурная схема электропривода МВ
На рис. 1 показана однолинейная структурная схема предлагаемого комплектного электропривода для МВ.
Предлагаемый комплектный электропривод содержит вводной шкаф с двумя высоковольтными вакуумными контакторами (ШВК), высоковольтный асинхронный электродвигатель с фазным ротором (АД ФР), согласующий трансформатор (Тр) и роторный транзисторный преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР».
Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» представляет собой рекуперативный транзисторный инвертор напряжения с высокочастотной широтно-импульсной модуляцией, который осуществляет частотное векторное регулирование момента и скорости электродвигателя по цепи ротора в режиме машины двойного питания. Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» осуществляет плавный частотный пуск электродвигателя АД ФР и МВ до номинальной скорости за заданное время, частотное регулирование скорости МВ в требуемом диапазоне, компенсацию реактивной мощности электродвигателя, генерирование реактивной мощности в питающую сеть и рекуперативное торможение МВ с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть. Выполнение перечисленных задач иллюстрируется двумя структурными схемами электропривода МВ, показанными на рис. 2.
Рис. 2. Структурные схемы электропривода, иллюстрирующие направления потоков активной мощности (Р) и реактивной мощности (Q) в двигательном режиме (а) и режиме рекуперативного торможения (б)
Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» (рис. 2) содержит два транзисторных инвертора напряжения — роторный и сетевой, которые соединены последовательно с накопительным конденсатором С в промежуточном звене постоянного тока. Роторный инвертор осуществляет частотное регулирование скорости АД ФР по цепи ротора. В роторном инверторе предусмотрены элементы защиты ротора от перенапряжений. Сетевой инвертор поддерживает баланс активной и реактивной мощности в системе. В состав сетевого инвертора входит силовой «синусный» LC-фильтр, который подавляет пульсации напряжения инвертора и обеспечивает электромагнитную совместимость инвертора с питающей сетью.
Последовательное соединение двух транзисторных инверторов позволяет передавать активную мощность в цепи ротора в двух направлениях: из цепи ротора в цепь статора в двигательном режиме работы электропривода (рис. 2 а) и из цепи статора в цепь ротора в режиме рекуперативного торможения (рис. 2 б). За счет циркуляции активной мощности скольжения ротора (Рр) между цепью ротора и статора преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» регулирует скорость электродвигателя и МВ с минимальными потерями активной мощности в цепи ротора. При этом в двигательном режиме (рис. 2 а) из сети потребляется активная мощность Рс=Рв+ΔРд+ΔРи, основная часть которой передается на вал МВ (Рв) и незначительная часть выделяется в виде потерь в двигателе (ΔРд) и в преобразователе частоты (ΔРи). В режиме торможения (рис. 2 б) основная часть активной мощности вала Рв=Мв*ωв=Рс+ ΔРд+ΔРи возвращается в питающую сеть (Рс), а незначительная часть выделяется в виде потерь в двигателе ( ΔРд) и преобразователе (ΔРи).
Кроме передачи активной мощности скольжения сетевой инвертор преобразователя «ЭРАТОН-ФР» генерирует реактивную мощность Qи= Qд+Qс, часть которой компенсирует реактивную мощность возбуждения АД ФР Qд, а избыток Qc (при необходимости) генерируется в питающую сеть, компенсируя реактивную мощность других потребителей. За счет генерирования реактивной мощности преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает в сети cosφ=1, либо опережающий cosφ (при необходимости).
За счет высокой перегрузочной способности и возможности перевода электропривода в режим рекуперативного торможения комплектный электропривод с электродвигателем АКНЗ-4-17-38-12У3 и роторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР-1000» мощностью 1000 кВт обеспечивает минимальное время пуска мельницы МВ 3400/900/490 (до 10 с), устойчивость и высокое быстродействие регулирования скорости МВ, а также минимальное время торможения МВ при возникновении опасности возгорания угольной пыли (до 10 с).
В комплект поставки электропривода для одной МВ 3400/900/490 входит:
- ПЧ «ЭРАТОН-ФР-1000», исп. IP54 для УХЛ3.1 (-10+40ºС) - 1 шт.
- Согласующий трансформатор PZSG-1000/6 (F) - 1 шт.
- Шкаф высоковольтных вакуумных контакторов ШВК-400/2 - 1 шт.
- Электродвигатель АКНЗ-4-17-38-12У3, исп. IP44 - 1 шт.
Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР-1000» разработки и производства ЗАО «ЭРАСИБ». Мощность 1000 кВт, коэффициент перегрузки по току (моменту электродвигателя) Кп=1,5. Массогабаритные показатели (ВхШхГ) 2400х2600х800 мм. Масса 900 кг. Охлаждение принудительное воздушное. Возможно исполнение замкнутой воздушно-жидкостной системы охлаждения. Есть разрешение Ростехнадзора на применение «ЭРАТОН-ФР» на опасных производственных объектах.
Согласующий многообмоточный трансформатор PZSG-1000/6 (F) «сухой» китайского производства мощностью 1000 кВА. Массогабаритные показатели 1500х960х1600 мм. Масса 2500 кг. Охлаждение принудительное воздушное. Поставляется в корпусе. Многообмоточные трансформаторы для преобразователей в РФ серийно не производятся. Возможно применение трех серийных трансформаторов российского производства (единичной мощностью 250 или 400 кВА) вместо одного китайского многообмоточного мощностью 1000 кВА.
Шкаф ШВК-400/2 с двумя вакуумными контакторами и защитой от перенапряжений. Покупное изделие. Массогабаритные показатели 2400х800х800 мм. Масса 300 кг.
Электродвигатель АКНЗ-4-17-38-12У3 производства ГП ХЭМЗ (Украина, г. Харьков). Номинальная мощность 1000 кВт, номинальные обороты 495 об/мин, номинальный ток якоря 127А, КПД=94,5%, cosφ=0,8, перегрузка по моменту Мп/Мн=2,3, маховый момент 18,8 кНм². Масса 7650 кг. Электродвигатель закрытого исполнения с принудительной вентиляцией. Предназначен для электропривода угольных мельниц. Возможно применение электродвигателей типа АКН-4-17-38-12У3, АКН2-17-48-12УХЛ4 (производитель ХЭМЗ), которые обеспечат аналогичные параметры электропривода, но используют систему самовентиляции. Электродвигателей с фазным ротором российского производства с требуемыми параметрами для электропривода МВ 3400/900/490, к сожалению, нет.