THUYẾT MINH HIỆU QUẢ LẮP ĐẶT BIẾN TẦN TRUNG THẾ CHO QUẠT ID
Về khía cạnh công nghệ, quạt ID cần có lưu lượng lớn, áp suất cao và kéo theo đó là công suất tiêu thụ lớn. Như chúng ta đã biết, sử dụng van để điều chỉnh tốc độ và lưu lượng là cách sử dụng công nghệ lạc hậu, dẫn đến hao phí điện năng rất nhiều trong quá trình vận hành. Vì vậy, để giảm thiểu chi phí điện năng cho hệ thống quạt trong nhà máy, một trong các giải pháp hữu hiệu nhất là lắp đặt biến tần. Khi sử dụng biến tần trung thế với công nghệ tiên tiến, động cơ sẽ ổn định, hệ thống hoạt động hiệu quả. Trong bài viêt này, Fortune xin chia sẻ về một dự án biến tần cho quạt ID với tỉ lệ tiết kiệm năng lượng đạt khoảng 48% và mang rất nhiều lợi ích khác cho nhà máy thép.
1. Thông tin ứng dụng
Hiện trạng, nhà máy có động cơ đồng bộ quạt ID 4800KW 10KV có tủ kích từ riêng, đang khởi động bằng máy cắt và tủ điện trở nước.
Dòng biến tần trung thế GD5000 được thiết kế tích hợp với toàn bộ cấu trúc, điều này làm đơn giản hóa và dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng và có tính an toàn cao hơn. Điều này có nghĩa là thiết kế tích hợp biến tần trung thế không chỉ làm giảm quá trình cài đặt, rút ngắn chu kỳ kiểm tra và bảo dưỡng mà còn giúp tăng năng suất chất lượng sản phẩm.
- Lõi của bộ điều khiển dòng biến tần trung thế GD5000 cũng được thiết kế tích hợp, điều này giúp làm giảm dây dẫn giữa các bo mạch và hơn thế nữa tăng hiệu năng sử dụng của biến tần
- Thiết kế theo dạng khối (module) làm tăng khả năng liên kết và khả năng mở rộng ứng dụng.
- Thiết kế màn hình giao diện HMI đa chức năng với nhiều giao diện trực quan: Dòng biến tần trung thế GD5000 có màn hình LCD màu 10 inch loại màn hình cảm ứng đa ngôn ngữ, giúp cho người dùng giám sát thiết bị trực quan hơn và toàn diện hơn; cài đặt thông số đa chức năng giúp nó linh hoạt để hoạt động, chức năng nhận dạng lỗi và lưu làm cho nó trở nên trực quan trong việc giải quyết vấn đề và kiểm soát bất kỳ lỗi nào.
- Thiết kế chống nhiễu và độ bảo mật cao: Dòng biến tần trung thế GD5000 thiết kế hệ thống điều khiển độc nhất chống can thiệp, độ méo sóng hài <2% điều này làm tăng khả năng miễn nhiễm với nhiễu, vì thế hệ thống điều khiển hoạt động ổn định và bảo đảm hơn.
6. Lợi ích biến tần trung thế:
- Dải dao động điện áp đầu vào rộng: Dải điện áp đầu vào từ 50%-120% so với điện áp định mức.
2. Phân tích hệ thống và tính toán tiết kiệm năng lượng：
2.1. Hiện trạng :
- Hiện tại, động cơ đồng bộ quạt ID hoạt động với tốc độ định mức, điều chỉnh lưu lượng gió thông qua điều khiển góc mở van gió.
- Quạt đang được khởi động trực tiếp bằng máy cắt và tủ điện trở nước dẫn đến bị sụt áp lúc khởi động gây ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
2.2. Giải pháp của DAT:
- Lắp đặt biến tần trung thế GD5000 cho động cơ quạt ID
- Van gió để góc mở 100%, điều chỉnh lưu lượng áp suất bằng cách thay đổi tốc độ động cơ.
2.3. Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế khi ứng dụng hệ thống biến tần:
· Các thông số làm việc của quạt ID:
Hình 1.1. Hình ảnh quạt ID hiện trạng.
Các thông số kỹ thuật của quạt khói như sau:
Hình 1.2. Thông số động cơ quạt cấp 1 của nhà máy
Hình 1.3. Giao diện giám sát quạt ID của nhà máy.
Hình 1.4. Giao diện HMI quạt ID tại tủ hiện trường
Ta có bảng kết quả đo thực nghiệm khả năng tiết kiệm điện khi lắp biến tần cho ứng dụng quạt gió. Quan hệ giữa góc mở, lưu lượng, áp suất và tỉ lệ tiết kiệm năng lượng của quạt：
Hình 2.1. Quan hệ giữa góc mở, lưu lượng, áp suất và tỉ lệ tiết kiệm năng lượng
Từ bảng thực nghiệm, ta suy ra bảng tiết kiệm điện cho các quạt:
Từ đó, ta có bảng tính công suất, lượng điện năng tiết kiệm mỗi năm (12 tháng/năm):
Công thức tính toán:
Ghi chú:
- Thời gian chạy máy 1 năm đang được tính cho 365 ngày với thời gian chạy 24/24.
- Tiền điện trung bình: 2.000 Đồng/ 1 KW.h
3. Giải pháp điều khiển.
3.1. Yêu cầu điều khiển.
Hiện tại, các quạt gió của nhà máy chạy liên tục với tần số tối đa 50Hz. Hệ thống DCS điều khiển góc mở van cánh hướng phía trước quạt để duy trì áp lực đường ống phù hợp. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI. Tín hiệu phản hồi từ cảm biến đo áp lực, tín hiệu đặt cho bộ điều khiển do hệ thống DCS được tính toán từ giá trị đặt và từ nhiều các thông số khác nhau (hình 3.1).
Hình 3.1. Điều khiển vòng kín cánh gió theo áp lực
Khi thay thế điều khiển góc mở van cánh hướng bằng điều khiển tốc độ biến tần vẫn đảm bảo các yếu tố sau:
- Đặc tính điều khiển được giữ nguyên và không làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của nhà máy.
- Khi bổ sung thiết bị mới vẫn duy trì thiết bị cũ. Khi biến tần (thiết bị mới bổ sung) bị lỗi và cắt khỏi hệ thống điều khiền động cơ, hệ thống đảm bảo chuyển về hoạt động với thiết bị cũ theo đúng quy trình khởi động của nhà máy.
- Trong chế độ hoạt động bình thường, việc vận hành cũng có thể chuyển về hoạt động thiết bị cũ khi cần thiết.
- Chế độ điều khiển mới tương thích với các chế độ điều khiển chung của nhà máy.
3.2. Giải pháp điều khiển.
Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển quạt ID
Khi bổ sung biến tần cho quạt thì vẫn duy trì chế độ điều khiển cũ để dự phòng cho biến tần khi gặp sự cố hoặc bảo dưỡng. Như vậy quạt có thể chạy ở một trong hai chế độ: chế độ cũ điều khiển góc mở van cánh hướng hoặc chế độ mới điều khiển tốc độ động cơ bằng biến tần. Biến tần được lắp vào hệ thống thông qua tủ contactor autobypass đảm bảo có thể chuyển đổi giữa hai chế độ làm việc dễ dàng. Trong hệ thống điều khiển DCS bổ sung thêm phần điều khiển quạt gió bằng biến tần (hình 3.2).
Các tính toán điểm đặt áp lực, tín hiệu phản hồi, các tín hiệu liên động của phần điều khiển góc mở van cánh hướng đều được trích song song đưa vào đối tượng mới. Ngoài ra một số tín hiệu trạng thái biến tần máy cắt cũng cần được bổ sung vào hệ thống DCS để phối hợp điều khiển giữa hai chế độ. Trên màn hình điều khiển bổ sung thêm phần chuyển đổi giữa hai chế độ và theo dõi trạng thái làm việc của biến tần, máy cắt. Sơ đồ điều khiển chi tiết được thể hiện trong các bản vẽ kỹ thuật kèm theo.
Hình 3.3. Điều khiển vòng kín khi bổ sung thêm biến tần
Bộ điều khiển PI của biến tần cần được tính toán lại cho phù hợp với đối tượng điều khiển mới phải đảm bảo bộ điều khiển hội tụ. Chế độ mới vẫn đảm bảo tương thích với chế độ vận hành tự động và bằng tay của hệ thống. Trên màn hình giao diện vận hành cần bổ sung thêm:
- Cửa sổ chọn chế độ điều khiển biến tần hoặc damper.
- Cửa sổ đặt thông số bộ điều khiển PI cho biến tần.
- Cửa sổ giám sát trạng thái biến tần và máy cắt.
3.3. Mô tả tín hiệu vào/ra
Toàn bộ các tín hiệu kết nối vào hệ thống điều khiển của quạt, động cơ và các tín hiệu liên động khác sẽ được giữ nguyên và bao gồm:
- Tín hiệu số đầu ra để chạy động cơ.
- Tín hiệu số báo lỗi động cơ và là đầu vào của hệ thống DCS.
- Tín hiệu tương tự báo nhiệt độ của động cơ.
- Tín hiệu ra tương tự điều khiển góc mở van cánh hướng.
- Tín hiệu số đầu vào báo độ mở van cánh hướng.
- Tín hiệu số đầu vào báo đóng hết van cánh hướng.
- Tín hiệu số đầu vào báo mở hết van cánh hướng.
- Các tín hiệu liên quan khác.
Ngoài ra cần bổ sung thêm một số tín hiệu vào ra của biến tần và máy cắt cụ thể như sau:
- Tín hiệu điều khiển tương tự 4-20mA của bộ PI mới sẽ đưa sang để điều chỉnh tốc độ biến tần.
- Tín hiệu phản hồi tần số biến tần 4-20mA lấy từ một đầu ra tương tự của biến tần.
- Các lệnh chạy/dừng/reset biến tần được lấy từ DCS chính là các lệnh chạy/dừng/reset động cơ quạt đang dùng cho máy cắt hiện tại và được cấp cho các đầu vào của biến tần. Sử dụng ngõ vào của biến tần dùng để thực hiện việc chọn chế độ điều khiển tại chỗ hoặc từ xa.
- Tín hiệu sự cố biến tần kết nối về DCS.
- Tín hiệu điều khiển từ xa máy cắt.
- Tín hiệu kiểm tra trạng thái máy cắt.
Ngoài ra các thông số khác của biến tần có thể được giám sát đầy đủ hơn thông qua cổng giao tiếp truyền thông về DCS. Các tín hiệu bổ sung thêm đều được lấy từ các đầu vào ra dự phòng của hệ thống điều khiển (số lượng dự phòng 10% đảm bảo đủ cho các kết nối bổ sung).
4. Các thiết bị phụ trợ và không gian lắp đặt
- Các thiết bị phụ trợ cần cung cấp như: dây điện điều khiển, dây động lực cấp nguồn hạ thế, dây động lực cấp nguồn trung thế, các phụ điện đấu nối…
- Cần có không gian lắp đặt và phòng đặt cho các tủ biến tần
- Cung cấp điều hòa, thông gió cho phòng chứa tủ biến tần
- Chuyên gia chỉnh sửa logic trên DCS, chạy thử và hiệu chỉnh hệ thống
5. Cấu hình hệ thống.
Biến tần vẫn hoạt động trong thời gian từ 1s ~ 5s khi mất điện lưới.
- Giảm bảo trì: giảm thời gian và tiền bạc về bảo trì và sửa chữa động cơ và phụ tải.
- Bảo vệ động cơ và hệ thống cơ khí: Biến tần trung thế bảo vệ quá áp, quá dòng, quá tải, thấp điện áp đầu vào, quá dòng rò … Khởi động mềm, khởi động êm ái, tránh hiện tượng sụt áp nhà máy, tránh hiện tượng gây sốc cơ khí đầu bơm và đường ống, làm tăng tuổi thọ động cơ và bảo vệ các van đỡ hư hại.
- Nâng hệ số công suất: Nếu sử dụng giải pháp biến tần trung thế này, hệ số công suất sẽ đạt 0.97 giúp nhà máy giảm được hao phí truyền tải điện.
- Giám sát và điều khiển tự động: Cho phép biến tần khởi động cả khi động cơ đang ở trạng thái quay hoặc đứng yên; Giám sát phát hiện lỗi, có thể dừng biến tần, đưa ra cảnh báo và lưu trữ lỗi trong bộ nhớ; Điều khiển tự động tốc độ và lưu lượng
7. Ghi chú:
- Bảng tính tiết kiệm trên dựa vào các kết quả tính toán trên lý thuyết, chỉ để tham khảo, kết quả tiết kiệm cuối cùng dựa vào thực tế sử dụng của nhà máy.
Biến tần trung thế (MV) là loại biến tần này có điện áp đầu vào rất lớn như 3-3.3 kV, 4kV, 6-6.6kV, 10 kV, 11 kV. Đây là một thiết bị vô cùng quan trọng trong các ngành sản xuất như giấy, luyện kim, xi măng, dầu khí, khai khoáng, nhựa, cao su,... Nếu Quý khách quan tâm về giải pháp này, Fortune còn nhiều tài liệu được nghiên cứu kỹ lưỡng bởi đội ngũ chuyên viên kỹ thuật của công ty và sẵn sàng chia sẻ.
Cập nhật tin tức thổng thầu ngành thép Danieli, SMS
Tổng thầu ngành xi măng FLSmidth, Polysius, Sinoma, Loesche GmbH