Según la estrategia 'Dual Carbon ', la industria química de China está acelerando los ajustes de la estructura energética y las actualizaciones de equipos de producción. Las empresas líderes están haciendo la transición de sistemas tradicionales impulsados por vapor a sistemas impulsados por electricidad, particularmente para grandes unidades de compresor. Este cambio no solo reduce el consumo de energía y las emisiones de carbono por unidad de producto, sino que también mejora la producción inteligente a través de la transformación digital, logrando beneficios ambientales y económicos.
El avance en las unidades de voltaje medio de gran capacidad (VFDS MV) ha sido fundamental para habilitar esta transición. Al proporcionar un control de velocidad preciso, los VFD MV permiten que los compresores funcionen con una eficiencia óptima en condiciones variables, abordando los desechos de energía inherentes a las unidades de frecuencia de potencia tradicionales.
Con respecto a la confiabilidad de los sistemas y equipos de accionamiento eléctrico, el cliente realizó una investigación exhaustiva y comparó múltiples soluciones técnicas disponibles actualmente, incluido el inicio suave de VFD a la energía de la red, operación paralela redundante de múltiples motores con VFD y configuraciones de redundancia de sistemas completos (1+1 o 2+1 de respaldo para sistemas dirigidos por VFD).
Además, se realizó una evaluación integral comparando marcas de accionamiento de voltaje mediano importado y nacional en términos de rendimiento, costo, confiabilidad y servicio postventa.
En última instancia, la unidad de voltaje medio de enfriamiento de agua de alta capacidad de Nancal Electric se destacó debido a su rendimiento superior y ventajas tecnológicas de alta confiabilidad. Se desplegó con éxito en un sistema de compresor centrífugo en una planta de hidrocarburos aromáticos, lo que demuestra el valor central de Nancal en las industrias de procesos.
La planta aromática de hidrocarburos en cuestión es una de las instalaciones de proceso de cristalización de un solo entrenamiento en China, con una capacidad de producción anual de 1,6 millones de toneladas y un tiempo de operación anual requerido superior a 8,000 horas. La unidad de compresor está diseñada sin una máquina de respaldo, que utiliza un compresor centrífugo 3MCL1106 fabricado en el país con un rango de velocidad variable de 60% –110% y una potencia similar a 30 MW.
Especificaciones del motor:
Según los requisitos técnicos del cliente y los parámetros del motor, se seleccionó la unidad de voltaje de voltaje de voltaje de refrigeración de agua multinivel en cascada de voltaje de Nancal Electric. El hardware del sistema consiste principalmente en un transformador de cambio de fase, celdas de potencia, sistema de control y sistema de enfriamiento.
Características del componente clave:
(1) Transformador de cambio de fase de aceite
Disipación de calor de alta eficiencia
Diseño de cortocircuito resistente
Tecnología de sellado de múltiples capas
Ofrece una alta fiabilidad y vida útil prolongada en entornos industriales duros, con una baja tasa de fracaso
(2) Sistema de refrigeración por agua
Bombas redundantes
Mecanismo de conmutación de doble vía
Sistema de monitoreo inteligente
Materiales resistentes a la corrosión
Mejora significativamente la tolerancia y confiabilidad de fallas del sistema
(3) confiabilidad general del sistema
Depende principalmente de las celdas de potencia y el rendimiento del sistema de control.
Especificaciones de clave VFD de refrigeración por agua de NC:
Figura 1. Diagrama de línea única del sistema de accionamiento de frecuencia variable
2.1 Estructura y características de las celdas de alimentación de enfriamiento de agua
La celda de alimentación de refrigeración por agua adopta un diseño integrado y modular, que comprende los siguientes componentes de hardware clave: circuito rectificador, circuito de bus de CC, circuito de inversor y circuito de activación de control de comunicación.
Especificaciones técnicas:
Utiliza IGBT de 3300 V como dispositivos de conmutación primarios
Voltaje de celda de alimentación: 1450 V
Corriente de celda de energía: 2100 A
IGBTS de grado de locomotora
condensadores de cine de larga duración
Sistema de enfriamiento de la celda de energía:
Los diodos rectificadores y los módulos IGBT están montados en placas de refrigeración por agua
Diseño hidráulico simplificado con configuración de entrada/salida (minimización de posibles puntos de fuga)
Incorpora conexiones de hilo cónico de 60 ° para tuberías seguras
Tecnología de circuito de accionamiento avanzado:
Cuenta con conmutación de resistencia automática de compuerta automática de varias etapas durante la operación (reduciendo las pérdidas de conmutación y DU/DT en aproximadamente un 10%)
Integra tecnología de sujeción de voltaje activo dinámico para una supresión efectiva de picos de voltaje IGBT
La celda de alimentación está equipada con una función de derivación de la celda. Cuando una celda falla, la celda defectuosa se puede pasar automáticamente, lo que permite que el equipo continúe funcionando sin apagado y mantenga la operación de carga completa. En el caso de dos o más fallas celulares, el sistema puede operar a capacidad reducida. Después del bypass, existe un aislamiento mecánico definitivo entre la celda omitida y el sistema, lo que garantiza que las fallas internas de la celda omitida no afecten la operación general del equipo, cumpliendo así con los requisitos de confiabilidad de este proyecto.
2.2 Diseño redundante del sistema de control principal
El sistema de control principal adopta una arquitectura de triple núcleo (DSP+FPGA+ARM) con una división funcional clara y alta eficiencia operativa. Las principales características de la placa de control:
Diseño todo en uno con alta integración
Eliminación de los riesgos de oxidación y aflojamiento de los conectores de tablero a tablero
Capacidad anti-interferencia mejorada
Recinto a prueba de polvo completamente sellado que evita la entrada de humedad externa y la contaminación conductiva del polvo
Además, el sistema implementa redundancia integral a través de placas de control principales redundantes, alimentación de control redundante, muestreo de voltaje/corriente redundante y conexiones de fibra óptica redundantes entre el sistema de control y las celdas de alimentación. Esta configuración de redundancia completa permite la conmutación automática dentro de 1 ms, asegurando un funcionamiento continuo sin apagado y manteniendo procesos de producción ininterrumpidos.
Figura 2. Diagrama de diseño de redundancia del sistema de control principal
2.3 Viaje de bajo voltaje a través de la función (LVRT)
Además del diseño de hardware confiable, para abordar de manera efectiva las fluctuaciones de voltaje transitorio de la red y maximizar la continuidad y la seguridad de la producción industrial, este VFD MV está equipado con la función LVRT. Puede mantener una operación redondeada a largo plazo bajo caídas de voltaje de cuadrícula de hasta -40% y lograr un viaje de voltaje cero, mejorando significativamente la continuidad operativa del sistema durante las fluctuaciones de la red o la pérdida de potencia momentánea.
Para escenarios como condiciones climáticas severas, inicio de equipos grandes dentro de la planta o conmutación de sección de cuadrícula que causan fluctuaciones de la fuente de alimentación a corto plazo, excavaciones o incluso interrupciones, cuando la duración de la excavación de voltaje hace que el voltaje de la celda de alimentación caiga por debajo de un umbral específico: la función LVRT se activa. A través de tecnologías integradas que incluyen amortiguación de energía cinética, limitación de torque inteligente para cargas de torque cuadrado y seguimiento de velocidad dinámica, maneja de manera óptima la inestabilidad de la fuente de alimentación, asegurando una perturbación externa mínima para el funcionamiento del equipo y manteniendo el funcionamiento continuo de los sistemas principales y auxiliares.
Figura 3. Diagrama de la función de bajo voltaje a través de la función (LVRT)
2.4 Transferencia de sincronización de Bumpless
Desde la perspectiva del diseño general del sistema de producción, la función de transferencia de sincronización de la unidad de voltaje medio puede reducir la corriente de entrada, garantizar la seguridad del equipo, mantener la continuidad de la producción y optimizar la eficiencia energética, superando las limitaciones causadas por el alto impacto de la corriente en la transferencia tradicional.
La transferencia de Bumpless requiere un seguimiento en tiempo real de la amplitud de voltaje de la cuadrícula, la frecuencia y la fase, mientras se ajusta los parámetros de salida de la unidad para lograr la sincronización. Esto impone altas demandas sobre la precisión del bucle de fase y la capacidad anti-interferencia.
El proceso de transferencia de sincronización es el siguiente:
(1) Cerrar el disyuntor entrante QF13 para iniciar la precarga de voltaje medio;
(2) Después de completar la precarga, cierre Qf1 para energizar la unidad, luego cierre QF11 después de que se complete la autoevaluación de la unidad;
(3) Al recibir el comando de inicio de DCS, la unidad acelera el motor a ≥90% de la velocidad nominal;
(4) Al recibir el comando de transferencia del DCS, el accionamiento impulsa el motor para alcanzar la velocidad nominal y ajusta su amplitud y fase de voltaje de salida para garantizar la frecuencia, amplitud y fase del voltaje de salida de la transmisión coinciden con el voltaje de la cuadrícula, manteniendo estas desviaciones de los parámetros dentro de los umbrales de la duración especificada. Luego cierra el interruptor de circuito de frecuencia QF12, detiene la salida de la unidad y abre los interruptores de circuito Qf11 y Qf13.
(5) El motor continúa funcionando a frecuencia de potencia.
Después de colocar la unidad de voltaje medio de refrigeración por agua eléctrica Nancal en el sitio, en función de los procedimientos de instalación y puesta en marcha, el equipo se sometió a verificación de componentes, instalación de celdas de energía en el sitio, conexión de cobre bobar de cobre, pruebas del sistema de circuitos de agua, pruebas de transmisión inversa, prueba de VF, prueba de carga sin carga y verificación con el motor, y pruebas de carga completa y adaptación, etc. Se implementó todo el proceso en planeado. En particular, la prueba y verificación mencionadas anteriormente de la función redundante del sistema de control principal, la prueba y la verificación de la función de bajo voltaje a través de la función y la función de transferencia de sincronización de sincronización, a la que se preocupaba el cliente, todos cumplieron con los requisitos técnicos del cliente.
Figura 4. NC MV VFD en el sitio
Figura 5. Prueba de función LVRT (viaje de voltaje cero por 3.7 s)
Figura 6. Forma de onda de voltaje de salida durante la transferencia de sincronización de bumpless
Las unidades eléctricas, mejoradas por la tecnología MV VFD de alta fiabilidad de Nancal, ofrecen nuevas empresas más rápidas, resistencia a la perturbación superior y ahorros de costos probados. Durante dos años de operación, el sistema logró cero tiempo de inactividad no planificado, cumpliendo todos los requisitos de proceso y confiabilidad para la producción de hidrocarburos aromáticos.
El sistema de transmisión eléctrica presenta tiempos cortos de inicio y fuertes capacidades antidististurbance. Junto con la tecnología de alta confiabilidad de la tecnología VFD MV de alta fiabilidad, la transformación del impulso de vapor al impulso eléctrico se ha convertido en la ruta central para la actualización de eficiencia energética en la industria química, y su vencimiento técnico y beneficios económicos se han verificado ampliamente. Este artículo presenta las tecnologías y funciones únicas de alta fiabilidad de la unidad de voltaje medio de refrigeración por agua eléctrica Nancal. Durante dos años de operación, el sistema logró cero tiempo de inactividad no planificado, cumpliendo todos los requisitos de proceso y confiabilidad para la producción de hidrocarburos aromáticos.