Zusammenfassung: Dieser Artikel befasst sich mit dem Einsatz eines inländischen Hochspannungsumrichters in der Heißwasserpumpe Nr. 2 des Wärmekraftwerks Wendeng. Die Anwendungsergebnisse zeigen, dass die Nutzung des inländischen Hochspannungsumrichters zur energiesparenden Drehzahlmodulation der Wasserpumpenanlage des Kraftwerks hohe wirtschaftliche und soziale Vorteile bietet. Schlüsselwörter: Hochspannungsumrichter, Pumpe. 1. Einleitung Das Wärmekraftwerk Wendeng wurde 1996 errichtet. Seine installierte Leistung beträgt drei 170-t/h-Hochtemperatur-Hochdruck-Kohlekessel, die mit zwei 35-MW-Entnahme-Kondensationsdampfturbinen ausgestattet sind. Es war die erste nicht standardisierte Anlage dieser Art, die in China in Betrieb genommen wurde. Dank des strengen Managements des Wärmekraftwerks läuft die Anlage bis heute stabil. Gleichzeitig hat sich das Wärmekraftwerk Wendeng zu einem wichtigen Standort für den Austausch und das Lernen von Wärmekraftwerken im ganzen Land entwickelt. Um die Energiespeicherung des Kühlwassers im Dampfturbinengenerator des Wärmekraftwerks Wendeng optimal zu nutzen, die Energieeffizienz zu steigern und das Investitionsklima im Osten der Stadt Wendeng zu verbessern, plante die Stadt 2003 ihr erstes Kühlwasser-Heizleitungsnetz. Dieses von der Wendeng Power Supply Company errichtete Netz ist in beide Richtungen sechs Kilometer lang. Die erste Phase des Projekts umfasste eine Gesamtinvestition von 23 Millionen Yuan und kann rund eine Million Quadratmeter des neuen Stadtgebiets von Wendeng mit Wärme versorgen. Nach Fertigstellung und Inbetriebnahme bewerteten Experten das Netz und kamen zu dem Schluss, dass seine Sicherheits- und Wirtschaftlichkeitskennzahlen den führenden Standards ähnlicher Netze in China vollauf entsprechen. Im laufenden Betrieb stellte das Kraftwerk jedoch fest, dass die Pumpe Nr. 2 des Heiznetzes mit Industriefrequenz lief und der Dampf nach dem Durchlaufen des Kondensatorturms in die Heizleitung gelangte, was zu erheblichen Druckschwankungen führte. Dies beeinträchtigte die Sicherheit der Leitung und verursachte häufig Rohrbrüche, die eine Ventiljustierung erforderlich machten. Die Ventilstörungen führten zu erheblichen Energieverlusten. Nach eingehender Untersuchung kamen die Verantwortlichen des Wärmekraftwerks zu dem Schluss, dass der Einsatz eines Frequenzumrichters zur Steuerung der Fernwärmepumpe folgende Ziele erreichen kann: eine geschlossene Regelung des Rohrleitungsdrucks durch den Frequenzumrichter, die Aufrechterhaltung eines konstanten Rohrleitungsdrucks und die effektive Verhinderung von Rohrbrüchen. Gleichzeitig kann dadurch Energie eingespart werden, die beim Einstellen der Ventilöffnungen verloren geht. Die Fernwärmepumpe wurde daraufhin mit einem Frequenzumrichter nachgerüstet. Die Nachrüstungsergebnisse bestätigten die Erreichung der erwarteten Ziele. Die Details der Nachrüstung sind wie folgt: 2. Anlagenstatus vor Ort: Nach eingehender Recherche und einem Kostenvergleich entschied sich die Leitung des Wärmekraftwerks Wendeng schließlich für den Einsatz des Hochspannungs-Frequenzumrichters JD-BP37 der Marke Fengguang, hergestellt von Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd., zur Nachrüstung der Fernwärmepumpe Nr. 2. Für das Projekt zur Nachrüstung der Heiznetzpumpe Nr. 2 (355 kW/6 kV) mit einem Hochspannungs-Frequenzumrichter haben beide Parteien nach eingehender Analyse des Produktionsprozesses, der Betriebsbedingungen vor Ort und einer Machbarkeitsstudie gemeinsam einen Plan für die Nachrüstung der Heiznetzpumpe Nr. 2 mit einem Hochspannungs-Frequenzumrichter erarbeitet. Das Anlagendiagramm ist unten dargestellt. Die wichtigsten Parameter des Motors und der Wasserpumpe der Heiznetzpumpe Nr. 2 sind: 1) Wasserpumpe: Kreiselpumpe für Reinwasser, Modell 14SH-9, Nennfördermenge 1260 m³/h, Nennförderhöhe 75 m, Nennwellenleistung 322 kW, Nennwirkungsgrad 80 %, Nenndrehzahl 1470 U/min. 2) Motor: Drehstrom-Asynchronmotor, Modell YKK400-4, Nennleistung 355 kW, Nennspannung 6 kV, Nennstrom 42,5 A, Nennleistungsfaktor 0,8, Nenndrehzahl 1480 U/min. [ALIGN=CENTER] Abbildung 1: Anlagendiagramm vor Ort [/ALIGN] 3. Hochspannungs-Frequenzumrichter JD-BP37-400F der Marke Fengguang Das Wärmekraftwerk Wendeng entschied sich für den Einsatz des Hochspannungs-Frequenzumrichter-Steuerungssystems JD-BP37-400F der Marke Fengguang unseres Unternehmens zur Anpassung der Drehzahlregelung der Heizungsnetzpumpe Nr. 2. Im Folgenden werden die wichtigsten Merkmale des Hochspannungs-Frequenzumrichters JD-BP37-400F der Marke Fengguang erläutert. 3.1 Wichtigste Leistungskennwerte des Hochspannungs-Frequenzumrichters JD-BP37-400F: Nennleistung des Frequenzumrichters: 400 kW; Nennausgangsstrom: 48 A; Eingangsfrequenz: 45 Hz bis 55 Hz; Nenneingangsspannung: 6 kV; Zulässige Spannungsschwankung: ±20 %; Eingangsleistungsfaktor: ≥0,96 (bei Nennlast); Ausgangsspannungsbereich: 0–6 kV; Wirkungsgrad des Frequenzumrichters: ≥ 96 % (bei Nennlast); Ausgangsfrequenzbereich: 0–50 Hz; Gleichrichtungsverfahren: 36-Puls-Dioden-Vollweggleichrichtung; Ausgangsverfahren: 6 gestapelte Sinuswellen-PWM-Ausgangssignale pro Phase, Direktausgang von 6 kV. Frequenzauflösung: 0,01 Hz; Überlastfähigkeit: 120 % kontinuierlich für 1 Minute, 150 % für 5 Sekunden, 200 % Sofortschutz; Steuerspannung: 220 V AC, 10 kVA; Bedienfeld mit chinesischer Farb-LCD-Touchscreen-Oberfläche (vereinfachtes Chinesisch); Kühlung: Zwangsluftkühlung; Schutzart: IP20; Vier analoge Eingänge (0–10 V/4–20 mA, frei konfigurierbar); Zwei analoge Ausgänge (0–10 V/4–20 mA, wählbar); Schalteingänge/-ausgänge (4 Eingänge/16 Ausgänge, erweiterbar nach Bedarf). Kommunikationsschnittstellen: RS232, RS485; Funktionen umfassen automatische Aufzeichnung und Ausgabe von Betriebsparametern, automatische Fehlerprotokollierung, Strombegrenzungsfunktion, automatische Ausgangsspannungsanpassung und Bypass-Funktion. Kundenspezifische Ausführungen sind auf Anfrage erhältlich. 3.2 Anforderungen an das Wechselrichterdesign: Der Fengguang JD-BP37-400F ist ein volldigitales AC-Hochspannungs-Wechselrichtersteuergerät unseres Unternehmens. Er nutzt fortschrittliche Phasenverschiebungstechnologie mit Trägerfrequenz in Reihenschaltung und sinusförmige PWM-Modulation. Er verfügt über eine benutzerfreundliche chinesische Oberfläche und zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit, überlegene Leistung und einfache Bedienung aus. Die spezifischen Designanforderungen sind wie folgt: (1) Das Hochspannungs-Frequenzumrichtersystem arbeitet mit direkter Hoch-Hoch-Wandlung und ist als mehrstufige Reihenschaltung aufgebaut. Die Hauptstruktur besteht aus mehreren in Reihe und parallel geschalteten Leistungsmodulen. (2) Das Wechselrichter-Steuerungssystem bietet zwei Steuerungsmethoden: LED-Tastatursteuerung und Mensch-Maschine-Schnittstellensteuerung. Beide Methoden sind redundant. Beide Methoden ermöglichen die Steuerung der Last, des Starts und Stopps der Maschine über die lokale Schnittstelle. Das Gerät speichert Fehlerprotokolle für mindestens ein Jahr. Kostenlose Software-Updates werden bereitgestellt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist in Abbildung 2 dargestellt: [ALIGN=CENTER] Abbildung 2: Diagramm der Mensch-Maschine-Schnittstelle[/ALIGN] (3) Am lokalen Wechselrichterschrank befinden sich deutlich sichtbare Anzeigen für Ein-, Betriebs- und Abschaltzustand. (4) Der Frequenzumrichter bietet zwei Kommunikationsfunktionen: Standard-RS485 und eine Kommunikationsschnittstelle mit Touchscreen-Prozessorerweiterung. (5) Der Frequenzumrichter ist als Spannungsquelle ausgeführt. (6) Der Frequenzumrichter sollte unter folgenden Umgebungsbedingungen einwandfrei funktionieren: maximale relative Luftfeuchtigkeit 95 % (20 °C, relative Luftfeuchtigkeitsänderung 5 % pro Stunde, keine Kondensation, Betriebstemperatur 0 °C bis 40 °C, Höhe unter 1000 Metern). (7) Innerhalb des Drehzahlregelungsbereichs von 20–40 % erreicht der Leistungsfaktor des Frequenzumrichtersystems am Eingang ohne Leistungsfaktorkorrektur 0,95. (8) Die Ein- und Ausgänge des Frequenzumrichters können gemäß den Anforderungen des Anwenders parametriert werden. (9) Der Frequenzumrichter stellt keine Anforderungen an die Länge des Ausgangskabels und gewährleistet, dass der Motor nicht durch Gleichtaktspannungen und dv/dt-Belastungen beeinträchtigt wird. (10) Die Leistungseinheit des Frequenzumrichters ist modular aufgebaut und lässt sich einfach aus dem Gestell entnehmen, bewegen und austauschen. Alle Einheiten sind austauschbar. Der Wechselrichter verfügt über interne und externe Bypass-Funktionen, um den normalen Betrieb des Gesamtsystems im Falle eines Wechselrichterausfalls sicherzustellen und den tatsächlichen Wert der Systemleistungsreduzierung nach dem Bypass der Moduleinheit anzugeben. (11) Die Oberschwingungen des Ausgangsstroms des Wechselrichters betragen maximal 2 %. Damit werden die strengsten Anforderungen der IEEE 519:1992 und der nationalen Energiebehörde hinsichtlich Spannungsverzerrungen erfüllt und die Anforderungen der nationalen Norm GB14549-93 hinsichtlich Oberschwingungsverzerrungen übertroffen. (12) Die Oberschwingungen des in das Stromnetz zurückgespeisten Wechselrichterstroms betragen maximal 4 %. Damit werden die strengsten Anforderungen der IEEE 519:1992 und der nationalen Energiebehörde hinsichtlich Spannungsverzerrungen erfüllt und die Anforderungen der nationalen Norm GB14549-93 hinsichtlich Oberschwingungsverzerrungen übertroffen. (13) Die Ausgangswellenform des Wechselrichters verursacht keine Resonanz des Motors, und die Drehmomentpulsation beträgt weniger als 0,1 %. (14) Der Wechselrichter ist sehr anpassungsfähig an Schwankungen der Netzspannung. Bei Spannungsschwankungen im Stromnetz von -10 % bis +10 % kann der Frequenzumrichter unter Volllast betrieben werden und einen Spannungsabfall von 30 % im reduzierten Leistungsbereich verkraften. (15) Der Frequenzumrichter ist fernsteuerbar und ermöglicht die Umschaltung zwischen Fern- und Lokalsteuerung. (16) Der gesteuerte Motor arbeitet im gesamten Frequenzbereich einwandfrei. Bei der niedrigsten Ausgangsfrequenz liefert er kontinuierlich den Nennstrom. Bei der höchsten Ausgangsfrequenz liefert er entweder den Nennstrom oder die Nennleistung. (17) Der Frequenzumrichter verfügt über folgende Schutzfunktionen: Überstrom-, Unterspannungs-, Phasenausfall-, Kurzschluss-, Überfrequenz-, Blockier-, Überlast-, Motor- und Halbleiterbauelement-Überhitzungsschutz sowie Schutz vor kurzzeitigem Stromausfall. Er kann den 6-kV-Schalter am Eingang auslösen. Die Schutzfunktionen entsprechen den relevanten nationalen Normen. (18) Der Frequenzumrichter zeigt Parameter wie Wechselspannung, Ausgangsstrom und Ausgangsfrequenz an. (19) Der Frequenzumrichter umfasst folgende Schalt- und Analogsignale: Schalteingang: Start, Stopp, manuelle/automatische Umschaltung usw. Schaltausgang: Hochspannung des Frequenzumrichters bereit, Frequenzumrichter in Betrieb, Frequenzumrichterfehler, Frequenzumrichterstopp usw. Analogeingang: Frequenzeinstellung (z. B. Drehzahlregelung). Analogausgang: Ausgangsfrequenz, Ausgangsstrom usw. (20) Der Frequenzumrichter verfügt über eine Selbstdiagnosefunktion, die Fehlertyp und -ort in chinesischer Sprache anzeigt, lokal darstellt und per Fernalarm alarmiert. Dies erleichtert dem Bedien- und Wartungspersonal die Fehlererkennung und -behebung. Der Frequenzumrichter überwacht die Umgebungstemperatur und gibt einen Alarm aus, sobald die zulässige Umgebungstemperatur überschritten wird. (21) Das System kann auch in Umgebungen mit elektronischem Rauschen, Funkstörungen und Vibrationen kontinuierlich betrieben werden. Der Frequenzumrichter erfüllt die nationale Norm für elektromagnetische Verträglichkeit. 4. Systemumstellungsplan: Am 15. September 2005 unterzeichneten das Wärmekraftwerk Wendeng und die Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. einen Kaufvertrag. Im November 2005 wurde der Hochspannungs-Frequenzumrichter erfolgreich in Betrieb genommen und die Abnahmeprüfung bestanden. Der Hauptstromkreis der Frequenzumwandlungsanlage für die Wärmenetzpumpe des Wärmekraftwerks Wendeng Nr. 2 ist in Abbildung 3 dargestellt: [ALIGN=CENTER] Abbildung 3: Schaltplan des Hauptstromkreises der Umwandlungsanlage[/ALIGN] K0: Originaler Hochspannungsschalter des Benutzers; K1, K2 und K3: Bypass-Schaltschrank des Frequenzumrichters; Hochspannungstrennschalter BPQ JD-BP37-400F; Hochspannungs-Frequenzumrichter M. Der Hochspannungs-Frequenzumrichter steuert die Wärmenetzpumpe direkt, der Bypass-Schaltschrank dient der Umschaltung zwischen Industrie- und Frequenzumwandlung. K1, K2 und K3 sind drei Hochspannungstrennschalter. K2 und K3 müssen gleichzeitig geschlossen sein, um eine mechanische Verriegelung zu gewährleisten. Wenn K3 geöffnet ist, sind K1 und K2 geschlossen, und die Wärmenetzpumpe arbeitet mit Frequenzumwandlung; wenn K1 und K2 geöffnet sind, ist K3 geschlossen, und die Wärmenetzpumpe arbeitet mit Industriefrequenz. 5. Betriebszustand des Frequenzumrichters: Der im Betrieb befindliche Frequenzumrichter erfüllt die Anforderungen des Anwenders hinsichtlich der Frequenzumwandlung der Wärmenetzpumpe. Seine Vorteile gegenüber dem Originalsystem zeigen sich in Folgendem: (1) Einfache Bedienung und gute Übersicht. Alle Daten und Betriebszustände des Frequenzumrichters werden während des Betriebs auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle angezeigt, z. B. Betriebsfrequenz, Eingangsspannung, Eingangsstrom, Ausgangsspannung, Ausgangsstrom, offener und geschlossener Regelkreis, Druckwert usw. Die Benutzeroberfläche ist benutzerfreundlich und leicht zu bedienen. (2) Stabiler und zuverlässiger Betrieb des Frequenzumrichters. Seit der Inbetriebnahme des Hochspannungs-Frequenzumrichters JD-BP37-400F der Marke Fengguang läuft dieser stabil, die Drehzahlregelung ist gleichmäßig und zuverlässig, Spannung und Stromstärke liegen im Normbereich, und es sind keine Störungen aufgetreten. (3) Reduzierung der Arbeitsbelastung des Personals. Das Personal kann die Anlage während seiner Schicht über das Mikrocomputer-Fernüberwachungssystem steuern und muss die Ventile nicht mehr so ​​häufig betätigen, was die Arbeitsbelastung erheblich reduziert. (4) Konstantdruckregelung. Die Konstantdruckregelung kommt zum Einsatz. Anwender müssen lediglich den erforderlichen Druck entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Rohrleitungsnetzes einstellen. Der Frequenzumrichter arbeitet automatisch unter konstantem Druck. Die Druckeinstellung ist komfortabel, präzise und stabil und gewährleistet so den zuverlässigen Betrieb des Rohrleitungsnetzes. Rohrbrüche gehören der Vergangenheit an, wodurch die Dampfqualität verbessert wird. (5) Reduzierung der Wartungskosten. Da der Frequenzumrichter einen sanften Anlauf des Motors ermöglicht, ist der Anlaufstrom gering und die Heizungsnetzpumpeneinheit wird nicht mechanisch belastet. Dies verlängert die Lebensdauer von Pumpe, Motor und Ventil und reduziert den Wartungsaufwand und die Wartungskosten erheblich. (6) Deutliche Energieeinsparung. Um die Energieeinsparung vor und nach der Modifizierung der Heizungsnetzpumpe zu vergleichen, wurden die Daten der Heizungsnetzpumpe für eine Woche im Frequenzumrichterbetrieb und die Daten für eine Woche im Netzfrequenzbetrieb in Tabelle 1 bzw. Tabelle 2 erfasst: Daten des Frequenzumrichterbetriebs (1 Woche) Tabelle 1 Daten des Netzfrequenzbetriebs (1 Woche) Tabelle 2 Betrieb mit Frequenzumrichter (1 Woche): Eingangsspannung: 6 kV, durchschnittlicher Eingangsstrom: 20,3 A, Leistungsfaktor: 0,98, Pumpeneinlassdruck: 0,44 MPa, Pumpenauslassdruck: 0,51 MPa, durchschnittliche Betriebsfrequenz: 40,67 Hz. P_variabel = 1,732 × 6 kV × 20,3 A × 0,98 = 206,7 kW Betrieb mit Netzfrequenz (1 Woche): Spannung: 6 kV, Motorstrom: 42,2 A, Leistungsfaktor: 0,8. P_Leistung = 1,732 × 6 kV × 42,2 A × 0,8 = 350,8 kW. Energieeinsparungsrate = (P_Leistung - P_Änderung) / P_Leistung × 100 % = (350,8 kW - 206,7 kW) / 350,8 kW × 100 % = 41,1 %. Die Energieeinsparungsrate von 41,1 % ist sehr hoch und zeigt einen signifikanten Energiespareffekt. Tägliche Stromeinsparung: (350,8 kW - 206,7 kW) × 24 h = 3458,4 kWh. Bei 200 Betriebstagen pro Jahr und einem Preis von 0,45 Yuan/kWh ergeben sich jährliche Stromkosteneinsparungen von: 3458,4 kWh × 0,45 × 200 Tage = 311256 Yuan. 6. Fazit: Nach dem Betrieb des Frequenzumrichters vor Ort wurde die hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Hochspannungs-Frequenzumrichters JD-BP37-400F der Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. nachgewiesen. Durch die Umrüstung der Fernwärmepumpe Nr. 2 des Wärmekraftwerks mit dem Frequenzumrichter konnte die Stabilität der Anlage verbessert, der Rohrleitungsdruck stabilisiert und eine signifikante Energieeinsparung erzielt werden. Die Anlage arbeitet zuverlässig und stabil, deckt den Wärmebedarf der Stadt Wendeng, verbessert das Investitionsklima in Wendeng und erhält von allen Seiten der Stadtverwaltung hohes Lob. Die Implementierung der Frequenzumrichter-Drehzahlregelung für Hochleistungsventilatoren, Wasserpumpen und andere Anlagen in Kraftwerken ist ein ideales Energiesparprojekt mit hohem wirtschaftlichem und sozialem Nutzen. Referenzen: [1] Shandong Xinfengguang Electronic Benutzerhandbuch [Z]. Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. [2] Shandong Xinfengguang Electronic JD-BP37-400F Hochspannungs-Frequenzumrichter-Drehzahlregelungssystem Wendeng Wärmekraftwerk Heiznetzpumpen-Inbetriebnahmeplan [3] Shandong Xinfengguang Electronic JD-BP37-400F Hochspannungs-Frequenzumrichter-Drehzahlregelungssystem Wendeng Wärmekraftwerk Heiznetzpumpen-Abnahmebericht. [4] Du Xianguo, Guo Peibin, Han Wenzhao. Anwendung von Hochspannungs-Frequenzumrichtern in Kühlwasser-Umwälzpumpen. Variable Frequency World, 2005 (7) [5] Liu Haipeng, Guo Peibin, Sun Yabin. Anwendung eines Hochspannungs-Frequenzumrichters in der Wasserversorgungspumpe des Daye Special Steel Wasserwerks. Variable Frequency World, 2005 (11). Über den Autor: Zhang Bingjian (geb. 1974), Absolvent der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Shandong University of Science and Technology, Ingenieur, derzeit tätig bei Shandong Xinfengguang Electronic Technology Development Co., Ltd. Adresse: Nr. 2, Wenshang Square Road, Provinz Shandong, Postleitzahl: 272500, Tel.: 0537-7237196