高压变频器的节能技术

关键词： 变频 调速 经济效益 高压

高压变频器的节能技术（精选九篇）

高压变频器的节能技术 篇1

关键词：变频调速,节能,效益分析

0 引言

安徽六国化工股份有限公司是国家重点发展的大型磷复肥生产骨干企业。公司设立于2000年12月, 由铜陵化学工业集团公司为主发起人并控股。现有1个本部、5个子公司。主要从事磷复肥生产与销售, 年销售收入20亿元。2004年3月5日, 六国化工8 000万股A股 (股票代码600470) 在上海证券交易所成功上市, 是国内大型磷铵企业中唯一一家上市公司。公司有4套高浓度磷复肥生产装置, 年产能为112万t。

通过对铜陵六国化工企业实地考察, 了解到该单位大部分电机是采用高压电机恒速运转拖动风机、水泵等传动设备, 并使用调节风门或阀门的方法调节风量或流量, 从而实现工艺生产需求。这种配置虽能满足生产工艺的需要, 但在实际生产中存在以下严重不足: (1) 节流调节方式浪费电能。设计单位在设计时, 通常选用的风机、水泵等额定容量往往大于生产工艺实际需要量, 使得其配套拖动电机的额定容量就更大, 因此, 实际运行时不得不关小风门或阀门进行节流调节。铜陵六国化工企业的高压电机在额定工况下风机、水泵等风门或阀门开度在50%～70%之间。在节流过程中, 风机或水泵等特性曲线不变, 转速不变, 仅仅依靠关小风门或阀门, 人为地增加管道阻力来减小流量。风门或阀门开度减小, 阻力损失相应增加, 但系统输入功率并无太多减小, 输入功率多数白白损失在节流的过程中。 (2) 采用风门或阀门调节风量或流量, 管道阻损大, 节流功率损耗大, 能耗浪费大;风机或水泵、油泵采用风门或阀门调节, 风机或水泵 (油泵) 、电机振动大, 风门或阀门和风机、水泵 (油泵) 叶轮磨损严重, 设备易损坏, 检修费用高。 (3) 电机高压直接启动, 启动电流大, 增加了电网的负担, 同时对电机及拖动机械机构冲击大, 增加了电网的容量和电机及机械机构的损坏维修量。 (4) 节流调节的系统稳定性及控制精度差。由于风门或阀门的挡板开度与流量的非线性关系, 加上执行机构机械传动间隙的影响, 挡板开度调节既不灵敏又不精确, 无法实现流量的快速、准确调节。

1 电机系统节能简介

1.1 电机系统节能基本概念

电机系统特指电动机传动系统, 包括电动机、被拖动装置 (负载) 、传动控制系统、管网 (电源) 等, 图1为典型的电机系统构成。

1.2 电机系统节能简介

(1) 电机系统各部件自身的能效得到提高。 (2) 电动机传动系统的节能, 例如风机、泵类变频调速系统节能。 (3) 采用电机传动系统使工艺、设备条件改善、效率提高, 达到节能效果。

1.3 电机系统节能主要措施

(1) 更新淘汰低效电动机及高耗电设备。 (2) 提高电机系统效率。 (3) 主要采用变频调速方式, 改善风机、泵类电机系统调节方式。我国风机、水泵、压缩机总装机容量约1.6亿k W, 改变调节方式后, 效率平均可提高20%左右。 (4) 被拖动装置控制和设备改造。 (5) 优化电机系统的运行和控制。

2 电机变频调速技术

变频调速是通过改变电动机定子供电频率和电压来改变旋转磁场同步转速进行调速的, 是无附加转差损耗的高效调速方式。

2.1 变频调速的基本原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源的输入频率成正比例关系:

式中, n为转速;f为输入频率;s为电机转差率;p为电机极对数。

通过改变电机工作电源频率就可达到改变电机转速的目的。

2.2 变频调速节能原理

风机水泵的工作特性:

式中, H为扬程;Q为流量;H0为流量为0时的扬程。

风机水泵的轴功率:

式中, P为轴功率;Q为流量;H为压力;ηb为风机水泵效率;Kp为计算常数。

根据风机的相似定律, 变速前后流量、压力、功率与转速之间关系为:Q1/Q2=n1/n2;H1/H2= (n1/n2) 2;P1/P2= (n1/n2) 3。

2.3 变频调速的主要优点

(1) 节能效果明显。实际应用证明, 在风机、水泵上应用变频调速, 当电机在额定转速的80%运行时, 节能率可达到30%～40%。 (2) 基本取消了风门、阀门或液力耦合调节, 避免了风门或阀门及其执行机构的磨损, 也降低了因此而产生的维修费用及设备停机率。 (3) 有效实现电机软启动, 避免了电机直接启动对电网、电机、风机等设备的冲击, 延长了设备使用寿命, 降低了设备故障停机率。由于实现了电机软启动, 所以可方便实现电机的启、停操作, 避免了因电机启动而必须压电网负荷带来的生产损失。 (4) 提高功率因数, 使系统功率因数达到0.95以上, 可实现电机的就地补偿, 降低电源和电机线路之间的无功损耗, 减少对电网谐波污染, 改善企业内部电网质量。

(5) 易于实现生产工艺控制自动化、保护功能完善等。

3 高压电机变频调速节能改造后的效益分析

(1) 降低能耗, 即降低生产成本, 可为企业带来直接经济效益。 (2) 由于在低负荷时, 风机或水泵 (油泵) 低速运转, 同时又由于减少了风门或阀门的调节环节, 因此大大降低了风机或油泵 (水泵) 和风门或阀门的噪声, 改善了现场环境。 (3) 在节约电费的同时, 也为国家节约了标准煤消耗, 并减少了SO2、CO2的排放, 产生了显著的社会效益。

4 EHE-T系列高压变频器在六国化工的应用实例

六国化工的冷却塔4台水泵均采用6 k V、250 k W电机拖动, 正常生产中运行3台水泵, 备用1台。在没有进行变频改造前, 3台运行的水泵阀门开口为2/3, 造成了大量的电能损耗。在经过双方协商后, 对A1水泵进行了变频改造。在改造后, A1水泵摒弃了阀门控制水量的方法, 通过高压变频器改变频率输出从而改变电机转速的方法控制水泵的供水量, 改造后节能效果明显。

颐和新能源高压变频器现场安装于2010年11月12日完成, 调试2天, 并于14日运行至今没有发生任何故障, 运行稳定、状况很好。通过1个月的运行观察, 我们对记录数据进行了分析, 分析结果如表1所示。

根据用户现场提供的数据 (电压为6 k V, 运行电流24 A, 功率因数为0.83) , A1电机工频运行功率为:

改造后, 取变频器效率η=0.96, 根据运行记录表A1电机变频运行功率为:

如果该台高压电机全年正常运转330天, 则全年可节约电能:

因此该台高压电机变频调速改造前后节能比较如表2所示。

根据国家分时电价政策, 每年大工业电价分段价格如表3所示。

根据表3可计算出每年节约电费如下:

此次改造仅从节能收益来看, 一年即可收回投资。据此应用实例可看出, 利用变频改造, 节能效果十分明显, 经济效益显著。根据发1 k Wh电, 需消耗340 g标准煤, 并向空气中排放SO2、CO2分别为0.009 kg、1.4 kg计算, 因此该台高压电机经过改造后还可节约标准煤202.6 t, 可减少向空气中排放SO2、CO2分别为5.364 t、834.4 t。这也是对高压电机进行变频节能的主要作用。

5 结语

高压变频技术的推广应用论文 篇2

摘要：对风机实施变频技术改造，实际上是在拖动风机的电力传动系统中应用了变频调速技术。使用变频调速技术不但可以有效提高电力传动系统的节能水平，还能加强电力传动系统的控制性。文章通过实例对高压变频技术的推广应用进行了探讨，对煤矿通风机进行变频调速改造，能创造很大的经济效益。

关键词：变压变频技术;拖动风机;电力传动系统;节能水平;变频调速改造

1概述

1.1项目背景

据调查研究显示，风机配套电机就目前而言占据全国电机装机量高达60%，其耗电量相当于我国发电总量的1/3。尤其需要注意的是，很多水泵以及风机等机械设备在使用中往往出现大材小用的现象，另因生产制造工艺发生变化，需时常对机械的温度、流量和压力等参数进行调节，以保证正常运转，但当前一些企业仍使用阀门、调节挡风板等落后的方式对机械参数进行调节。简单说就是通过人力加大阻力，同时耗费更多的电能或金钱达到生产要求。这种方式增加了资源的浪费，同时调节准确度低，生产需求不能得到很好地满足，严重阻碍生产的稳定开展。代池坝煤矿大功率设备：264kW主扇风机、地面130kW压风机等设备，启动电流大，电机和传动机械的冲击应力大，消耗了电能，对电网冲击大;从理论和实践上论述了煤矿大型设备节能利用的方法，成功应用“SP500系列烁普变频器”的经验做一介绍，为今后提供了实践经验和理论借鉴，本报告主要针对代池坝煤矿张家湾抽风机成功应用“SP500系列烁普变频器”为例。

1.2项目研究的主要内容

主扇风机使用变频节能技术，选择安全、经济、实用的设备。

1.3项目研究的技术路线

本成果首先通过调查，确定各种设备节电能力，查阅大量相关节能技术资料，分析研究设备相关运行参数，提出主扇风机采用变频节能技术。总结在使用中遇到的技术难题，并提出解决方法，最后对本项目进行技术总结。

1.4项目研究的主要技术难点

主扇风机使用SP500-P型矿用变频调速节能设备的可靠性。

1.5项目研究的创新点

大型设备启动平稳，减小设备高电压、大电流、传动机械冲击，延长设备使用寿命，达到节能效果。

1.6项目完成情况

本成果以代池坝煤矿张家湾抽风机房2台主扇风机、热水池2台加压水泵、地面压风机房2台压风机、矿井主提升绞车为研究对象，现已成功投入7台变频控制器使用，达到了节能和保护设备的目的，为今后广泛使用节能设备提供了理论依据和技术支撑，并以代池坝煤矿张家湾抽风机成功应用“SP500系列烁普变频器”为例。

2代池坝煤矿实例

2.1代池坝煤矿主扇风机原启动方式

代池坝煤矿主扇风机原启动方式采用直接启动，直接采用工频供电，定速驱动，通过调节风门开关大小来控制风量。矿井主扇风机的额定通风能力(风量、风压)是根据设计计算的矿井末期的通风阻力和达产时的风量确定。矿井刚开始投入生产时，风机通常都有较大的富余力;为使矿井能够正常生产，过去一般采用人为关闭小风门挡板的做法来增加通风阻力，从而改变主扇风机的运行工况达到调节风量的目的。在生产过程中，风机的风量与风压裕度以及在生产过程中绝大部分时间都不是满负荷，同时由于生产系统所需求的风量随之变化，导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。目前，风机的变频调速节能在高、低压领域均有涉及，380V、3kV、6kV、10kV都有应用，行业涵盖水泥、石化、工矿、电力、化工、造纸、石油、食品、医药、市政、建筑、水利等诸多关系国计民生的`领域。变频节能设备是利用变频器所具有的软启动功能通过把启动电流归置成零。通过了解变频器在启动时所承载的负荷曲线可知，机械启动时几乎不发生任何冲击，电流变动都是从零开始，电流的增加同转速相关，随转速的增加而增加，因此不会超越额定电流的最大值。所以说，使用变频风机能够增加电动机以及开关的使用年限，减少了启动电流等对电机造成的过大压力，减少了很多维修保养费用。

2.2功率因数补偿节能

我们知道无功功率能导致线材以及设备等的发热，增加损耗，甚至因功率因数的下降造成电网中无功功率下降，加大了线路中无功功率的损耗，致使设备使用率大幅下降，资源浪费严重，由公式P=S×COSФ，Q=S×SINФ，式中：S为视在功率;P为有功功率;Q为无功功率;COSФ为功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通风机的功率因数在0.7～0.85之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。代池坝煤矿主扇风机总功率为2*132kW，全年12个月连续运行，每天工作24小时，我们保守估计按转速降低10%计算，由前面计算可知节电率为27.1%，对电费按每度0.736元计算，负载系数为0.75，那么每年的可节约电费支出：每年节约电费计算：264kW×24h×360天×0.736×0.75×27.1%=341213.3元代池坝煤矿张家湾抽风机房2台主扇风机、热水池2台加压水泵、地面压风机房2台压风机，现已成功投入7台变频控制器使用，每年可为矿节约电费约50万元。

3效益分析

3.1经济效益

代池坝煤矿大型设备节能技术的成功应用，不仅给煤矿本身带来了巨大的经济效益，同时对社会也提供了技术范例：(1)设备低电压启动，速度缓慢、平稳上升、冲击力小，保护了设备;(2)降速以及软启动运行大大降低了设备的振动和磨损，使设备使用寿命延长，提高了设备的MTBF(平均故障维修时间)值，并减少了对电网冲击，提高了系统的可靠性;(3)节能系统的使用能够提供多种保护措施，不但增加了系统的运转率，而且提高了系统的安全性能;(4)采用变频技术设备同期节电25%;(5)使用软启动设备同期节电10%～20%;(6)限制防爆高压电动机的启动电流、电压，有力地降低了电网的波动，减少变压器负荷输出，保护高压电机的使用寿命，对用电设备的机械部件减少磨损，减少故障的发生，降低维修量，节约费用成本。据调查在煤矿矿山企业中使用老式启动器每年都产生巨大的维修费用，其中防爆电动机每年的维护费用为2～3万元。提高功率因数、降低供电线路损耗和变压器损耗，每年可以节省很多的用电费用支出，给企业带来经济效益，达到安全生产;(7)风机采用变频技术后可以根据井下用风量变化随时改变电机转速，达到调节风量的目的，不再需要调节风门开启大小来调节风量，操作简单，降低了操作人员的劳动强度。

3.2社会效益

使用变频技术设备，延长控制设备使用周期。降低能源消耗，控制温室效应，可持续发展。

4结语

高压变频器在水泥厂节能中的应用 篇3

关键词：高压变频器；水泥厂；节能降耗

中图分类号： TM92 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）13-196-2

0 引言

水泥厂对能源的消耗一直较大，并且这一行业已被国家列入重点节能目录；由于在水泥生产过程中所消耗的电能源、水能源和污染物的排放量，相对于其他工业产业来说，都是比较突出的，所以为了减轻这一现象，建立起一个完善的节约型水泥生产体系，有利于减少能源的消耗，优化生态环境。通过现有的科学技术手段，对系统、设备进行相应的改良，是改善水泥生产所带来的能源消耗的根本所在；寻求节能与生产之间的最大平衡点，从而获取更高的经济效益。

在水泥生产的过程中，每个工艺环节都具有一定的能源消耗量，其中电动机负载消耗在生产线上占有较大的能源消耗量，比例在30%左右；高压电动机主要的功能是拖动电机进行运转生产，其占得比重也是同样的多，在实际的生产线上，由于整个系统的设置，使得在生产运行的过程中，各种风机所消耗的能源占比25%-30%，这样的耗能比例在整个生产过程中属于较大的，降低了整体的节能效果，所以对风机电动机方面的降耗工作，要引起高度的重视。这样的现象不是个别的，而是普遍存在的；根据各个生产厂家的设备、工况和产量的不同，所消耗的电能、风能也都各不相同，由于传统的风机的设计制作上，通过对进出风口的调节来实现所需风量的调节，这一工作原理是建立在增加风阻、牺牲风机的工作效率的基础上而实现的，也就是说传统的风机在使用的过程中，带来了较大的能源损耗量，不利于节能减排工作的开展；所以对其进行适当的技术改造，将生产效率低的、耗能大的风量调节设备，升级为变频调速技术来实现对风量的控制，这样的调节管控方式在满足厂家所需的生产要求的基础上，又可以实现减少电能消耗的目的；经过相应技术改造后，使得原有的一些运行故障得以有效减少，从而获取更好的经济效益。

随着相关的电子技术的发展和应用成熟，变频技术的使用变得越来越普遍，将传统的依靠调整配套的风门大小而实现对用风量的调整，转变为采用变速的电气传动调节；目前变频调速在我国的水泥制造生产过程中，已经成为了风机、泵类的电气传动调节，并且其节能降耗效果也被广泛认可，成为业内使用范围最广、效果最佳的电气传动方案。

1 高压变频的节能原理分析

对高压变频的调节，在生产过程中具有一定的节能作用，一步电动机的变频调速是通过改变电子供电频率f来改变同步转速而实现调速的；在进行调速的时候，速度之间的转换、调频都具有很小的转差率，可以更好的实现节能的效果，因为在进行速度转换的过程中，其转差功率小、效率高，同时也是异步电动机最为合理有效的调速方法。

进行高压变频调速具有几点较为明显的优点：一是传统意义上由档板进行调节方式所带来的能源损耗，在经过技术改造后，对能源的消耗有了明显的减少，高效的实现了节能的目的；二是网侧功率因数有了明显的提高，这对水泥的生产也有较好的节能作用；三是改造后的设备在开启时可以采用零转速的频度，减少了开启过程中带来的电流的消耗流失，同时也减轻了冲击扭振；四是设备自身的能源消耗量有了明显的减少，高压变频器在改造后，整体的机能效率至少能达到97%；可见高压变频器在水泥生产中所起到的节能效果是较为明显的。

2 高压变频器在水泥厂节能应用中的问题及改善对策

2.1 电流机过流或跳停的问题

通常情况下，出现电流机过流或跳停现象，多是由于高温风机的管道“塌料”而引起的；因为在水泥生产过程中，高温风机是保证熟料生产线所使用的物料进行预分解的重要负载，所以在运行的过程中会由于运行时间较长、负荷较大等问题而引起管道“塌料”，导致电流机产生中断运行的情况。水泥生产厂家使用的变频器装置，通产都会有一些电力电子器件，然而对这些电子器件的负荷能力也会做相应的限制，所以会出现跳停的现象；如果不对这样的情况进行限制和改进，出现这样的现象是在所难免的，长时间下来，对水泥生产带来更多的损害和损失。

通过对管道“塌料”而引起的电流机过流或跳停的问题进行分析，通过对现场数据、情况的采集和观察，对实施的工艺进行具体的研究了解，推出了水泥生产中窑尾高温风机专用的改良技术，从多方面进行技术改进，避免这一现象的频发，而给生产厂家带来更过的能源损耗和经济效益的流失。改良后的高压变频器在水泥生产中的应用，解决了由于“塌料”导致的高温风机变频器在生产中中断的问题，有效降低了由于出现这一故障对产销率的影响。

2.2 电机在旋转情况下启动的问题

出现电机在旋转情况下启动的现象，大多时候是由于风门档板在未关严的状态下，受到风机的拖动，使电机处于旋转的状态；当出现这一问题时，变频器会根据生产线的实际情况，进行自动搜索跟踪电动机转速，同时还具有可以根据系统设定的加速或减速时间护肤到正常的运行状态下的功能，通过这样的运行原理设计，来保证风机安全运行不中断。如果处于旋转中的电机需要重新激动，将会根据系统提供的具体参数进行具体的运行与操作，保证系统动作有效，以更高效率适应现场运行状况的需要和要求。

由于水泥生产线自身具备的特殊性，比如连续生产等特点，这就要求所使用的设备具有较高的稳定性和可靠性，其中高压变频器是重要的设备器件之一，因为只有设备原件符合需求具有相应的高性能，才能在生产中正常运行，以保证生产的质量和效率。又由于水泥生产的场地大多地处较为偏远的地带，容易出现的问题就是供电量较低、对设备的电网的影响较差等；对高压变频器进行相应的技术改良后，采用拓扑结构，通过功率单元串联技术等方案，使新技术产品具备更高更好的功能，比如带有具体的适应范围宽、单元故障自动旁路、突然中断再启动功能、工频旁路等功能，通过一系列功能的开发和改善，可以有效提高抗电网波动和负载扰动能力，使得高压变频器在水泥生产线中的可靠性和稳定性增强。

2.3 高压变频器的电机选择和使用

对于新设计的生产线，根据实际情况需要，选择高压变频器后，选高压电机的选择可以使用较为常见普通的异步电动机，不是说对设备进行技术改良，就要对所有器件选用高速变频的，异步电机就是这样的应用原理，当普通的设备可以满足生产需求时，就没有必要再去选择“变频电机”了。在水泥生产线中，“变频电机”是一种在原有的电机基础上增设了绝缘和散热措施的电动机，因为在传统的生产过程中，经常使用到的输出谐波含量较大、电压变化率dv/dt较大的低压变频器，和一些进口国外的电路结构不同的品牌高压变频器；由于在功能上有较大的提升，相应的价格也就比之前使用的电机价格高出许多。但是传统的高压变频器电机可以满足日常的生产需求，并且所耗能源成本并不是很高，基本上在可控制的范围之内。所以在电机的选择方面，根据实际生产情况，并且从经济成本的角度来考虑，普通电机就可以满足生产，而不必选择“变频电机”。

3 结语

基于我国目前具有的变频调速技术较为成熟，并且使用较为广泛，结合相应的生产情况对高压变频器在水泥厂节能应用中存在的一些问题进行具体的分析，并提出相应的改善对策；高压变频器的设备在实际的生产运行中，具备较高的稳定性和可靠性，并且相应的节能效果也较为明显，同时也得到了业内的广泛认可，是在水泥生产行业值得大力推广的技术和新型产品，可以更好的保证并提高水泥的生产质量和效率。

参 考 文 献

[1] 赵利.浅析变频器的安装与调试[J].数字技术与应用，2011，03：44.

[2] 周加胜.中低压变频器的安装与调试[J].变频器世界，2007，08：101-109.

[3] 孙彩丽.变频器的安装与故障处理分析[J].电子制作，2012，12：57.

高压变频器的节能技术 篇4

风机和水泵在国民经济各部门中是数量众多、分布面极广、耗电量巨大的设备。根据有关部门的统计, 全国风机、水泵电动机装机总容量约35000MW, 耗电量约占全国电力消耗总量的40%。目前风机和水泵运行中还有很大的节能潜力, 其潜力挖掘的焦点是提高风机和水泵的运行效率。根据全国火力发电厂资料八大风机与水泵:送风机、引风机、一次风机、排粉风机、锅炉给水泵、循环水泵、凝结水泵、灰浆泵配套电动机的总容量为15000MW, 年总用电量为520亿KWh, 占全国火电发电量的5.8%。发电厂辅机电动机的经济运行直接关系到厂用电率的高低。在实行竞价上网的今天, 降低厂用电率, 就能降低发电成本从而提高市场竞争力。这已经成为各个发电厂努力追求的经济目标。

二、沙角A电厂引进高压变频节能技术

沙角A电厂总装机容量1200MW, 共有5台发电机组, Ⅰ期 (三台200MW) , Ⅱ期 (两台300MW) 全厂共10台凝结水泵总容量达13000KW, 是厂用电的大负荷。4号机组配备两台6kV/1000kW凝结水泵电机, 电机型号YLST500-4, 额定电流113.7A, 额定转速1487r/min。凝结水设计流量:#1、#2、#3机组为870t/h;#4、#5机为1000t/h。每台发电机组设计为两台即A、B凝结水泵, 凝结水系统正常为一台凝结水泵工作, 一台凝结水泵备用方式, 采用除氧器水位调整门开度调节除氧器水位。经过凝结水泵升压后的凝结水通过除氧器水位调整门后经低加系统进入除氧器。母管上的凝结水同时为旁路二级、三级减温水提供水源。凝结水泵在变频改造以前, 调节水位主要是靠调节除氧器上水调整门的开度进行控制。由于凝结水泵用电机的容量本身裕量较大, 工频运行方式下, 上水调整门开度一般为30左右, 凝结水泵出口母管压力较大, 最大达到3.0MPa, 一般范围为2.0MPa～3.0Mpa的高压力, 其消耗电能较大。由于节能降耗的需要和高压变频技术发展, 结合设备运行现状, 沙角A电厂决定对4号、5号机组凝结水泵上进行变频改造。首先在#4机凝结水泵电机上采用北京利德华福公司生产的高压变频器, 于2009年3月机组大修时进行改造工作。下面以#4机组的B凝结水泵的变频改造为例对高压变频节能技术进行介绍。

(一) 凝结水泵改造前的运行工况

火电厂凝结水系统的作用是通过凝结水泵及时地把凝结水送至除氧器中, 维持除氧器水位平衡。凝结水主要用户包括汽轮机低压轴封减温水、凝汽器喷水、真空泵补充水、定子冷却水补充水、高压加热器疏水扩容器减温水、低压旁路减温水等。凝结水系统如图1所示。

变频前凝结水系统运行过程中存在如下问题:

1.除氧器水位是通过改变除氧器上水调整门开度进行的, 因出口压力较高、扬程的富裕量大, 造成节流损失大。

2.除氧器上水调整门前后的压损大, 易使阀门受到严重冲刷而泄漏, 造成更换频繁。

3.机组负荷发生变化时, 只能靠调整阀门来调节, 控制比较困难。

4.阀门调节线性度差, 调节品质差;同时由于频繁地对上水调整门进行操作, 导致阀门的可靠性下降。

5.机组负荷低, 凝结水泵电动机出现大马拉小车现象, 浪费大量电能。

(二) 高压变频器技术介绍

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交-直-交方式 (VVVF变频或矢量控制变频) , 先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源, 然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。变频调速装置可以使电动机根据机组运行需要, 调节其转速, 使电动机消耗功率大幅度下降, 沙角A电厂#4机组B凝结水系统进行改造选用北京利德华福公司 (HAR-VEST) 生产的HARSVERT-A高压变频调速系统, 输入频率45-55HZ, 输入电压6000V±10%, 输出电流36～600A, 输出电压0～6000V, 输出频率0.5120Hz, 输出功率375～6000kVA, 变频器效率在额定负载下大于96%。

(三) 变频改造方案

YLST500-4型凝结水泵设计时有一定裕量, 1台发电机组配备2台凝结水泵, 1台运行, 1台备用。通过对机组凝结水系统和凝结水泵运行方式、动力系统结构的分析认为, 凝结水泵属一用一备运行方式, 采用一拖二方案既无必要, 也浪费一台开关, 因此提出一拖一工/变频手动切换控制方案, 即只将互为备用的2台凝结水泵中的2号凝结水泵M2) 改造为变频调节。凝结水泵变频改造系统如图2所示。

改造为高压变频器后, 凝结水泵变频运行时, 凝结水至除氧器副调节阀保持全开, 主调节阀全关, 1号凝结水泵工频备用, 仅在倒泵过程中由上水调整门来控制除氧器水位, 正常运行时通过调节变频器的输出频率改变凝结水泵转速, 达到调节出口流量控制除氧器水位的目的, 满足运行工况的要求。

正常运行方式是:变频器控制2号凝结水泵, 保持变频运行。1号凝结水泵控制回路不变, 仍为工频备用。当2号凝结水泵变频器发生故障, 立即连锁启动1号凝结水泵工频运行, 使用原来的水位调节方式。

改造时, 增加了3把刀闸, 以及刀闸之间的电气闭锁。运行中变频器故障紧急跳闸变频器6kV开关 (2QF) 。

变频运行时, D1刀闸在“分”位, 合上转换刀闸柜上的D2、D3刀闸, 相应变频运行指示灯燃亮;工频运行时, 转换刀闸柜上D2、D3刀闸在“分”位, 合上转换刀闸柜上的D1刀闸, 此时变频器将被完全隔离, 相应工频运行指示灯燃亮。

刀闸柜内D1、D2、D3刀闸通过机构连杆实现连锁。即:工频运行时刀闸D1在“合”位, 刀闸D2、D3不能合闸;变频运行时刀闸D2、D3刀闸在“合”位, 刀闸D1不能合闸。

刀闸与柜门间通过柜门锁闭锁, 并引入变频器闭锁回路。工作状态, 柜门无法正常打开, 更不允许强行打开。工频、变频刀闸切换时, 通过“变频运行”、“工频运行”信号灯监视刀闸操作是否到位。

工频、变频刀闸柜内刀闸切换操作, 必须在电源开关停电情况下进行切换操作, 严禁6kV开关在“工作”位置时切换刀闸。

刀闸闭锁功能仅闭锁防止误合操作, 不能防止误分操作, 为此运行中严禁操作刀闸, 防止带负荷拉刀闸。

2号凝结水泵变频器电源侧开关设有变频器故障联跳2QF开关出口压板, 即变频器投运前, 投入“变频器联跳2QF开关”出口压板;由“变频”改“工频”运行前, 解除“变频器联跳2QF开关”出口压板。

(四) 改造后的运行措施

改造后变频凝结水泵长期运行, 定速凝结水泵只作备用。为了保证变频凝结水泵安全的运行, 定速凝结水泵处于良好的备用状态, 以及凝结水供给其他辅助设备的安全运行, 制定以下运行措施。

1.正常运行时变频凝结水泵运行、定速凝结水泵投入备用, 上水调整门开度控制在90%～97%, 利用变频凝结水泵的变频器对除氧器水位进行自动调节。低负荷时可以关小上水调整门维持凝结水压力不低于1.2MPa, 凝结水泵转速不低于750r/min, 确保变频凝结水泵和凝结水供给其他辅助设备的安全运行。

2.每月定期对凝结水泵进行切换运行, 凝结水泵启动试验时间不少于15min, 以保证备用凝结水泵处于良好状态。

3.机组停机时, 负荷达到150MW时应手动调整变频器转速和凝结水至除氧器调整阀, 维持凝结水母管压力1.8～2.0MPa, 机组停运后维持最低转速运行。

4.机组启动过程中维持凝结水母管压力1.8～2.0MPa运行, 以保证其他辅助设备有足够压力的冷却水, 如低压旁路减温水、疏水扩容器减温喷水、低压缸减温喷水等。机组负荷升到150MW后, 逐渐开启凝结水至除氧器调整门, 恢复M2凝泵变频转速自动运行。

5.变频器异常信号发出, 应及时联系电气检查处理, 同时将M2变频倒为M1工频运行。停运变频时, 转速到零方可拉开M2凝泵工频开关。

6.如M1凝泵联动, 凝结水至除氧器调整门未联关 (至25%) , 应快速关调整门至负荷对应开度以下, 避免凝汽器水位大幅下降, 导致保护动作凝泵跳闸。

(五) 变频节能的效果

1.节约厂用电量

凝结水泵变频改造前后的3号机组试验结果见图3 (试验时, 当2号凝结水泵变频运行, 凝结水至除氧器副调节阀保持全开, 主调节阀全关, 1号凝结水泵工频备用。2号凝结水泵在相同负荷时工频、变频运行的实测功率) 。

计算表明, 当机组负荷在300～160MW负荷之间变化时, 2号凝结水泵变频运行节电率在15%～70%之间, 机组负荷率越低, 变频器节电效果越明显。当负荷平均运行在210MW时, 节电率达到55%。

2.减少电机启动时的电流冲击

电机直接启动时的最大启动电流为额定电流的6～7倍。观察变频器启动的负荷曲线, 可以发现它启动时基本没有冲击, 电流从零开始, 仅是随着转速增加而上升, 不管怎样都不会超过额定电流。因此, 凝泵变频运行延长了电动机和开关的使用寿命:避免了启动电流、启动转矩对电机的冲击, 延长电机使用寿命。

3.减少设备磨损改频后电动机转速一般工作在40Hz左右, 电机转速比较低, 减轻了对水泵叶片磨损和轴承的磨损, 延长了水泵的使用年限, 降低了检修费用。

4.降低噪音

凝结水泵改用变频器后, 降低水泵转速运行的同时, 噪音大幅度地降低, 当转速降低60%时, 凝结水泵附近1.5m噪音水平测试88dB, 比工频运行时的105dB减少17dB。同时克服了由于调整门线性度不好, 调节品质差, 引起管道锤击和共振, 造成凝结水系统上水管道强烈震动的缺陷, 凝结水泵的运行工况得到明显改善。

5.能够实现机组的自动控制

以前机组负荷发生变化, 只能靠调整阀门来调节, 控制比较困难。变频调速装置配有计算机接口, 可以很方便地与DCS系统联接, 很容易实现机组自动控制;并且变频调速可以直接通过增减频率来调整, 操作非常简单、灵活。

三、结语

沙角电厂凝结水泵经过变频改造后, 优化了凝结水泵的运行状况和生产工艺, 更好地稳定了机组运行, 实现了自动控制, 同时节约大量电能, 节能效果显著。

摘要：文章介绍高压变频器的技术特点, 并对在沙角A电厂变频节能改造中的应用情况进行分析, 通过比较, 节能效果显著, 提高了企业的经济效益。

高压变频器的节能技术 篇5

将成本压缩, 节约耗能, 并遵循我国对于工作节能和材料综合使用的要求, 利用地耗能, 少排放, 高效益的管理理念办法, 利用变频节能方法来弥补老方法所具有的缺陷, 达到集约型经济的目的。有助于推动工作的完整性。

2 4#炉风机工作额定参数

4#炉3台风机的参数如表1所示。

3 实施的改造方案

3.1 变频器的选型方案

因为选择何种型号的变频器和采取的实际的方案之间是相关联的, 所以, 先要选择合适的变频器, 通过科学和认真的招标办法, 选择了某一产品, 确定其质量和性能, 服务等完全符合中标要求, 所以将其作为中标首选, 并进入了正式使用。

3.2 主回路方案

应当注意风机负载是非常重要的, 由此, 应当首选一拖一的办法, 一个变频器和一个风机电机相互搭配使用, 为了实现最优化的使用运行设备, 又添加了一个旁回路, 这个设计能够表现为图1所显示的状态。

图中:QF为用户的真空断路器, QS1、QS2、QS3为3台高压隔离刀闸。在QS1和QS2之间是高压变频器, QS3为旁路刀闸。当电机需变频运行时, 应首先将QS3拉开, 然后合QS1和QS2刀闸, 最后再合真空断路器QF使变频器得电并启动变频器以驱动电机。当电机需工频运行时, 应将QS1和QS2刀闸拉开, 将QS3旁路刀闸合入, 最后合真空断路器QF以直接驱动电机工频运行。此运行方式为变频器故障或检修等特殊情况下用工频来保证设备运行的备用工作方式。

上述方案为手动旁路的典型方案, 要求QS2和QS3不能同时闭合, 并在机械上实现安全互锁。

为了达到故障变频保护的工作状态, 在非正常运行情态下变频器则产生跳闸, 并实现真空断路器的全面跳闸, 使得电被断开, 并且, 三把刀闸都与断路器QF电气互锁, 操作刀闸工作必须在断路器已经出现分离时才能进行, 这能够确保安全性能的提升。

3.3 控制方案

根据实际情况, 对变频器采用三种控制方案, 分别是远程DCS闭环自动控制、远程DCS开环手动控制和就地手动控制。

3.4 冷却方案

变频器的工作过程是将交流电整流成直流电, 再将直流逆变成交流的过程。在这一过程中, 电子功率器件自身要发出一定的热量 (2%) , 这些热量对设备进行腐蚀, 达到一定的温度后就会损害设备本身的零件。为了保证变频器的工作状态, 就应做好排热工作, 所以, 变频器的制冷工作应当着重注意, 经过分析后, 将自然风冷法作为冷却工作的一个有效方法来对待。这种方法效果稳定, 手段简单, 原理就是在变频器最上方装置总风道, 此风道将变频器自身顶部的冷却风机从室内吸入的自然空气所带的变频器内部热量不断地排放到室外。此方法值需要一个风道而不需要添加其他方法即可实现运转, 因此流程少, 发生损耗的几率也较小。经过试验, 在40度的客观温度下实现运行, 并采用此八幡, 最终的变频器温度虽然有所上升, 但是能控制在68度左右, 这与不采用此办法的140比较来说, 是有非常明显效果的。

4 变频器的工作原理与特性

4.1 系统结构

HARSVERT-A系列6k V高压变频调速系统的结构如图2所示, 由移相变压器、功率单元和控制器组成。每台变频器有21个功率单元, 每7个功率单元串联构成一相。

4.2 功率单元结构

每个功率单元结构上完全一致, 可以互换, 其电路结构如图3所示, 为基本的交-直-交单相逆变电路, 整流侧为二极管三相全桥, 通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制。

43输入侧结构

输入侧由移相变压器给每个单元供电, 移相变压器的副边绕组分为三组, 构成42脉冲整流方式, 这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网络的电流波形, 使其负载下网侧功率因数接近1。

此外, 因为变压器副边绕组是各自互不干扰的。因此功率单元主回路的状态也是不会干扰的, 这非常有利于实现更科学便利的技术方法。

4.4 输出侧结构

参见图2和图3, 输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电, 通过对每个单元的PWM波形进行重组。这种波形正弦度好, dv/dt小, 这对于电机和电缆的损伤会小很多, 也不必要利用滤波器来进行加长电缆长度, 电机的额度不必要减少, 能够实现设备的翻新改造。另外, 电机谐波问题得到较为妥善的处理, 因而减少了机械晃动, 使轴承也叶片得到保护。

一个单元发生了损伤, 只要把图3中的K封闭, 就会将此单元和其他单元中间隔开, 形成独立的运行状态, 这样就会减少停机发生的不利状态, 维护整体运行的效果保持在一定可行的状态。为修理和下一步操作赢得时间。

4.5 控制器

高速单片机能够实现控制器核心, 一个准确而科学的计算办法能够使得机器的运行也趋于合理, 控制器同样拥有PLC, 这会实现开关的信号的调整, 以及实现各类信号的状态和状况的和谐运行, 这有助于提升系统的灵活状态。

控制器结构上采用VME标准箱体结构, 各控制单元板采用FPGA、CPLD等大规模集成电路和表面焊接技术, 另外, 控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术, 相互干扰问题得到控制。系统的安全性因此有保障, 并且提升了抗电磁干扰的能力, 性能上更优良。高压和低压实现分离。

5 改造效果

5.1 改造后的工艺效果

4#炉引、送、二次风机高压变频改造后, 将原风道中用开度大小来调整风道风量的档板开到了100%。这样大大减小了风道的阻力损耗。另外完全改变了风在管道中的振动频率, 由于风机的驱动电机在变频状态下工作, 工作频率是发生改变的。使频率之间发生了差异, 工作频率和共振频率之间无法重合, 这将杜绝共振状况。进而实现了振动的最小化, 也就进而避免的经常性出现的振动产生的开裂问题, 这是改造工作的特殊收获。

5.2 改造后对电网的冲击效果

当电机通过工频直接启动时, 它将会产生7~8倍的电机额定电流。此电流值会十分有效地提升电机绕组之电应力并会发生大量的热, 内部零件被高温所侵蚀, 会减少使用的总体寿命。但是如果利用了变频的方法, 将会带来功能上的软启动。这时候能够实现零速度零电压的状态下完成启动, 一直到程度达到额定状况为止, 如果电压以及频率之间的有效关系达成, 变频器则能够实现V/f以及适量控制的形式来实现运行, 这个过程对电网的冲击约等于零。

5.3 改造后的维护强度和效果

采用变频调速后, 驱动电动机基本工作在30Hz到40Hz的频率范围内, 与工频50Hz相比, 减少了风机能够转动的速度。并且在启动的时候, 速度的渐渐上升会带来风机零部件以及内部轴承等的冲击力减少, 使运行更加吻合, 寿命延长。可以不适用挡板开展调风工作。而调峰挡板的损耗就会降低, 也进而减少了维修产生的时间浪费和金钱浪费。

5.4 改造后的节能效果

高压变频器的节能技术 篇6

在我国的能源消耗中, 工业占据有着绝对的主导地位。因此, 工业节能问题也一直受到政府的关注与重视。在工业领域中, 风机是最为主要的耗能设备, 在石油、化工、矿产、电力、环保等各个领域中都有着非常广泛的应用, 具有数量多、覆盖面广等特点。

依据工业生产中过程控制的需要, 风机需要对出口压力或者流量进行调节与控制, 其最为常用的方式就是阀门控制或者挡板控制, 但是风机在调节的过程中必须处于全速运转的状态中, 导致了大量能量的浪费。

当前, 随着高压变频器的出现及推广, 转速调节已经逐渐成为了风机节能的主要手段。利用高压变频技术实现风机的节能改造已经成为了企业实现节能降耗目标的重要手段之一。

1 高压变频器的原理分析

耐高压大功利晶体管的推广与应用进一步促进了高压变频器的发展。高压变频器主要是通过变频器输出并直接接入到高压电动机中。高压变频器的重要组成部分包括整流变频器、功率逆变柜、控制柜等, 同时还可以依据客户的不同要求对旁路切换柜进行配置, 最终形成旁路, 一旦变频器出现问题之后, 可以通过直接切换到工频运行。整流变频器副边绕组之间呈现出相互隔离的情况, 通过移相延边三角形的接法进行连接。

功率单元中主要包括三相桥式整流器、IGBT逆变桥与滤波电容器组等几个方面, 此外还包括控制电路, 而控制电路中又包括功率器件驱动、信号采集、光纤通讯等几个组成部分。

功率单元的构成部分主要包括电源部与单元控制电路板两个方面。单元控制电路板与控制部的控制装置之间通过光纤电缆实现连接, 单元控制电路板依据来自于控制装置的质量对功率单元的PWM输出进行控制, 还能够向控制装置实现信号的返回。

此外, 单元控制电路板还能够实现过电压保护、低电压保护及过热保护等多种功能。

高压变频调速系统中采用开环恒压频比控制实现控制功能, 主要控制部分的控制核心为双数字信号处理器, 辅助控制器为可编辑逻辑器件、AD采样与模拟输入单元、数字量输入输出接口等。

控制单元的核心为可编辑逻辑器, 以IGBT驱动、保护模块与检测回路作为辅助。

主控部分与控制单元之间通过光纤进行控制信号的传输工作, 能够对电磁干扰进行有效的避免, 从而提高系统的可靠性。

2 高压变频节能的特点分析

利用高压变频技术对风机转速进行控制的原理为实现电机输入频率的改变, 而在改变的过程中并不会额外地消耗电机功率, 能够促进电机综合效率的提高。

电机变频节能的主要特点包括以下几个方面:

第一, 电机综合效率比较高, 且发热量与能耗都比较低;

第二, 具有无极调速的特点, 具有较为广泛与精准的调速功能;

第三, 启动时所需的电流比较小, 节能效果突出, 同时也不会对所在的电网造成冲击;

第四, 不存在转差率损耗;

第五, 能够促进电机功能因数的提高, 不需要在另外加装无功补偿装置;

第六, 具有较高的自动化水平, 具有自动限流、限压、减速等功能, 同时能够对故障、运行及报警情况进行记录, 对系统的安全运行奠定了基础;

第七, 依据电量成本对电机转速进行智能化的调节。

随着电力建设的不断发展, 电力供需矛盾不断激化, 只有对风机的流量进行调节才能够更好地满足生产的需要, 通过这种方式提高企业效益, 降低企业能耗。

3 高压变频技术在风机中的变频方式

高压变频技术在风机中进行应用时, 其主要的变频方式包括“高-低-高”、“高-低”、“高-高”等, 其中效率最高的变频方式就是“高-高”方式, 能够更好地满足风机节能降耗的要求。

“高-高”方式的变频器中包括集中不同的类型, 其中输入为6k V-10k V的变频器, 并不需要进行升压变频器的设置;输出电压为10k V的变频器, 每项中包含了8个功率单元, 而且这些功率单元之间是通过串联的方式连接。

如果每个单元的输入电压都为三相710k V, 那么其输出的电压则为单相0k V-710k V, 而每个功率单元之间都是通过串联方式连接的, 叠加之后的输出相电压则为5680k V。

变频器的中点与电动机中性点之间并不相互连接, 因此变频器输出实际上是线电压, 通过A相与B相输出电压形成UAB输出线电压, 该线电压最大可以达到10kv, 其阶梯波为37。

由于变频器中采用了多重叠加的方法, 输出电压中谐波含量比较小, 已经达到了常规供电电压允许的谐波含量, 并不会导致电动机由于附加的谐波而出现发热的情况。

输出电压也比较小, 给电极增加的应力并不明显, 能够直接向普通标准型的交流电将会因动机进行供电行为, 并不需要对其进行降容之后再使用, 能够在旧设备的改造中进行利用。

此外, 输出电压谐波较小, 并不需要另外在附加输出滤波器, 输出电缆的长度也并不受限制。

“高-低-高”方式的变频器具有以下几个方面的特点:

第一, 在该种类型的变频器中采用了降压变压器与升压变压器, 导致变频调速系统的效率出现了下降的情况。

第二, 升压变压器在工作的过程中会导致输出波形严重畸变的情况, 导致电动机由于附加谐波而出现发声的情况, 最终导致机械共振及传动、轴承磨损严重的情况。

第三, 该种类型的变频器在使用的过程中将会产生比较大的噪声。

通过两种不同变频方式的变频器的比较之后发现, “高-高”方式变频器有着非常显著的优势, 逐渐取代了“高-低-高”方式变频器。

4 高压变频技术在风机节能中的应用

4.1 风机情况概述

本文选取某企业的1台风机作为节能改造的对象, 选取的风机在流量调节的过程中主要采用风门调节的方式, 风门的开度在百分之三十到百分之八十之间。

实现高压变频技术对风机进行调速节能改造之后, 与传统的风门调节方式相比, 生产负荷决定了风机的节电量, 生产负荷的变化越大, 风机节能的效果就越好。

实现高压变频技术在风机节能中的应用, 一方面可以达到调速节能的目的, 另一方面能够提高整个调试系统的工作效率。

4.2 改造前的电机系统运行模式

本文选取的高压电机都采用的是风机传动的方式, 通过风门调节的方式实现风机流量的调节工作。

当前, 风门调节的方式为改变风机管网特性曲线实现风机风量调节, 其主要的原理如图1所示。

由图1可知, 风机在管网特征曲线R1处工作时, 工况点为M1, 风量为Q1, 风压为H1。如果要实现风量的降低, 则需要关小风机的防风版, 管网特性曲线变为R2, 工况点也随之变为M2, 风量为Q2, 风压为H2。管网特性曲线的改变实际上就是通过人为的方式实现风机管网阻力的增加或者降低, 在确保风机性能曲线不变的情况下, 工况点从M1转移到M2, 如果想要实现挡风板继续减小, 则管网特性曲线变为R3, 工况点为M3, 风量为Q3, 风压为H3。通过这种方式实现风机流量的调节。

通过风机调价风量的方式具有结构简单、操作便捷的特点, 大部分的风机都采用这种调节方式。然而, 通过人为的方式实现风机管网阻力的改变, 势必会造成部分能量的消耗, 尤其是风量的变化越大, 能量的损耗就越多。

如果通过电机直接调试的方式来实现风机流量的控制, 就可以实现人为改变风机官网阻力所消耗的能量的节约。因此, 提出了电机调速控制模式。

4.3 主回路系统方案

4.3.1 手动一拖一动回路

手动一拖一动回路如图2所示, 其基本的原理为:回路中包含了三个高压隔离开关, 分别为QS1、QS2与QS3。在使用的过程中, 不能够同时出现闭合的状态。在变频运行的过程中, QS1、QS2闭合, 则QS3断开;在工频运行的过程中, QS3闭合, QS1与QS2断开。手动一拖一动回路的优点为:在变频器进行检修的过程中, 这种明显的断电点能够确保维修人员的安全, 同时也可以通过手动的方式将负载投入到工频电网运行。

4.3.2 手动一拖二动回路

手动一拖二动回路如图3所示, 其基本的原理为:手动一拖二动回路中包含了QS1—QS6六个高压隔离开关, 其中QS2与QS3、QS5与QS6有电气互锁, QS1与QS5、QS4与QS6安装机械互锁装置。M1与M2分别处于变频状态与工频状态中, 而且可以进行互换;在变频器检修的过程中, 都可以处于工频运行中。

手动一拖二动回路优点指的是只有一个负载工作在变频状态中, 能够实现电机使用寿命的延长。

5 总结

通过高压变频技术实现风机节能改造之后, 其节电率得到了明显的提高, 节能效果非常的显著, 为缓解我国资源供应与资源需求之间的矛盾做出了重要的贡献。

同时, 实现了风机的节能改造之后, 实现了风机系统振动、磨损与噪声的降低, 实现了风机使用寿命的延长, 为企业带来了经济效益与社会效益。

摘要：锅炉理论上对风量的需求与实际并不相符, 实际风量需求处于不断的变化过程中, 其变化的主要标准为负荷。为了能够对锅炉在不同时段与不同状态中对风量的不同需求进行满足, 要实现高压变频技术在风机中的应用。本文首先对高压变频器的基本原理与风机的变频节能原理进行了分析, 通过对风机的变频改造工作, 实现了风机变频调节节能效果的提升。通过高压变频技术实现风机节能改造之后, 其节电率得到了明显的提高, 节能效果非常的显著, 为风机的变频改造提供了参考与借鉴。

关键词：高压变频器,风机节能,风机改造

参考文献

[1]张振阳, 刘军祥, 李遵基.高压变频技术在火电厂吸风机中的应用与研究[J].热能动力工程, 2012, 02 (26) :191-194, 217.

[2]谢亮发, 丁娘藤, 袁少渠.变频技术在锅炉引风机上的应用及节能分析[J].湖南电力, 2012, 05 (63) :53-55.

[3]张文鸿.高压变频技术在锦西石化4#炉风机节能改造中的应用及经济效益分析[J].变频器世界, 2014, 04 (52) :80-83.

[4]赵晓熙.高压变频技术在锅炉风机节能改造中的应用及分析[J].中国科技信息, 2012, 12 (54) :35-36.

[5]王朝晖, 冯见君.高压变频技术在D450风机上节能应用的可行性分析[J].电源技术应用, 2011, 05 (64) :65-69.

[6]王平.针对电力生产特点采用高压变频技术的节能减排效果分析[J].科技与企业, 2013, 13 (63) :309, 312.

高压变频器的节能技术 篇7

1.1液力耦合器调速

液力耦合器是液力传动装置的一种, 又叫液力联轴器。液力耦合器结构由壳体、涡轮、泵轮三个部分组成。

壳体中充入工作液体, 当泵在原动机作用下转动时, 壳体内的液体受叶轮推动而转动, 在离心作用下沿着叶轮外环进入涡轮, 在同一转向上给涡轮以推力, 使其推动机械转动。液力耦合器属于低效的调速方式, 调速的范围有限, 高速时会丢转;低速时转差损耗大, 最大可达到额定功率的l5%左右, 低速时效率非常低;线性度差, 精度低, 响应慢。

1.2串级调速

串级调速是把异步电机转子能量部分回馈到电网, 改变转子滑差来实现调速, 这种调速方式运用可控硅技术, 必须使用绕线式异步电机。串级调速优点是转差功率可以回收, 所以调速效率较高, 但是存在问题也很多。它不适合鼠笼型异步电动机;软启动功能不能实现, 启动过程复杂;启动电流较大;调速范围在50%~95%, 调速范围较窄;响应较慢, 闭环控制不易实现;效率和功率因数低, 随转速的降低下降很快;同DCS控制的配合难实现, 对提高系统的整体自动化程度非常不利。

1.3高压变频器调速

高压变频器在近十多年的发展中非常迅速, 技术上已经非常成熟, 电力电子技术, 计算机控制技术, 现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术在高压变频器上达到高度的运用, 可与大、中功率电动机配套[1]。和其他调速产品比较, 变频器具有很多优点:

1变频器采用触摸式面板, 液晶显示界面, 可随时显示频率、电流、电压及转速等, 可直观地显示电动机的实时状态。2高的调速精度和精确的频率分辨率可以完全满足所有生产工艺的要求。3高压变频器有国际通用外部接口, 保证了DCS实现通讯, 构成闭环控制系统。4具有远程和就地操作功能, 还可通过联网实现远程控制功能。5具有电子保护和电气保护功能, 使电机和变频器在故障和正常运行时均可得到安全保证。6电机可实现软制动、软启动;启动电流小于电机额定电流;电机的启动时间可调, 使电网的影响减小。7提高了劳动生产效率, 延长了设备使用寿命, 减少了配件的损耗。

2高压变频器应用案例

2.1方案描述

河南某钢铁公司炼钢厂除尘风机电机功率为1 250k W, 为了提高风机电机的效率, 该公司在2010年采用高压变频器进行变频升级改造, 改造后启动过程中的冲击电流消失, 运行电流降幅很大, 节能效果非常显著。

2.2现场方案

除尘电机是除尘净化系统的动力中心, 一旦除尘电机不能正常工作, 不但生产受到影响, 造成巨大的经济环境损失, 还有可能危及到现场工作人员的人身安全。另外, 除尘系统生产环境较恶劣。所以除尘电机配套的高压变频调速系统, 要求具有极高的稳定性和可靠性。鉴于以上工作环境特点, 对变频系统的主要要求有:1效率要高, 调速范围要大。2要求变频器带有旁路功能, 变频器一旦出现了故障, 可使风机电机切换到正常工频运行。3有共振点跳转功能设置, 能使风机电机避开系统共振点运行, 避免风机喘震。4要求变频器有高可靠性及稳定性, 应具有长期运行条件[2,3]。经过多方比较调研, 最后该钢铁公司同某高压变频器公司合作, 共同制定了除尘电机的变频调速改造方案, 方案如下:

该钢铁公司除尘风机电机采用高压变频器进行调速控制, 该变频器为高-高、电压源型, 加设工频旁路切换开关。

旁路切换系统采用一拖一旁路柜, 由一个单刀双投和一个单刀单投组成, 分别是变频器QS1进线刀闸、变频器QS2出线刀闸、QS3工频刀闸。电源经QF1原断路器至一拖一旁路柜的变频器QS1进线刀闸, 经过变频器后, 再经过一拖一旁路柜的变频器QS2出线刀闸到二次风机电机。QS3工频刀闸并接在变频器QS1进线刀闸、变频器、变频器QS2出线刀闸两端。当变频器在“保护”状态时, 断开变频器QS1进线刀闸、变频器QS2出线刀闸, 合上QS3工频刀闸, 即可实现旁路功能。如图1所示:

2.3使用高压变频器后的节能效果

从表1中可以看出, 当除尘风机电机变频工作在45HZ、46HZ、47HZ时电机消耗的功率分别为713.6k W、791.3k W、886.7k W, 在满足负载要求的前提下, 相比工频工作状态下的功耗下降了20%以上。

3结论

通过以上实例, 我们可以看出, 在钢铁行业经过高压变频器节能改造, 可以收到以下效果:

1效益得到增加。高压变频器的节能效果显著, 企业负担有效减轻。

2工艺得到改善。投入高压变频器后水泵、风机可以非常稳定平滑地调整压力、流量, 运行人员可以方便地调控, 改善了工艺运行参数, 效率得到了提高。

3减小了维护量。使许多零部件的寿命得到延长。

4降低了工作强度。高压变频器可以实现远程控制。可实现自动化运行, 劳动强度大大降低, 生产效率得到提高, 为优化运营提供了前提。

5减少了对电网的冲击。使用高压变频器后, 系统可以实现软启动, 电机的启动电流和额定电流相差不多。对电网几乎没有冲击, 既减轻了起动转矩对电机的损伤, 又可有效延长电机使用寿命。

高压变频器作为一种新型的节能技术和调速技术, 其性能和技术胜过以前任何一种调速方式。通过这么多年的实践运行经验, 高压变频器的可靠性、性能已经得到了很好的验证, 今后必将有更宽广的舞台。

参考文献

[1]吴忠志, 吴加林.中 (高) 压大功率变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]陈伯时, 陈敏逊.交流调速系统:电气自动化新技术丛书[M], 北京:机械工业出版, 2005.

高压变频器的节能技术 篇8

1 高压变频器改造方案

为了不影响生产, 确保系统正常工作, 配置工频旁路, 当变频器出现故障退出运行后, 将电动机投切到工频下运行。整个系统由高压变频柜、控制柜、变压器柜、旁路柜、原有的电动机和风机组成。图1为生料循环风机变频方案。

图1中共有3个高压隔离开关 (QS) , 为了确保不向变频器输出端反送电, QS2与QS3采用机械互锁, 并采用S7-200PLC控制系统实现电气连锁, 避免系统误操作。当QS1和QS2闭合, QS3断开时, 电动机运行在变频状态;当QS1和QS2断开, QS3闭合时, 电动机工频运行, 此时高压变频器从高压中隔离出来, 便于检修、维护和调试。高压变频器接入高压开关与高压电动机之间, 变频器控制接入原有的DCS系统, 高压断路器 (QF) 和电动机仍采用原有设备。

根据负载参数和运行工况, 我们选择了HARSVERT系列高压变频器。其主要参数为:型号HARSVERT-VA10/270, 额定容量5 000k VA, 额定输入/输出电压10k V。

2 改造过程

为了安装变频器, 我们在高压配电室旁边新建了一座变频器专用房。这样不仅方便了电缆的敷设, 而且节省了电缆。由于该变频器功率较大, 为保证良好的散热效果, 在变压器柜和功率柜的顶部分别安装了一整体风罩, 各出风口连为一体, 形成一个风道, 保证了变频器整体通风效果。将原电缆接线由高压柜牵引至变频器输出端, 然后由高压柜到变频器重新敷设一段电缆。由于变频器房紧邻高压配电室, 所以新敷设电缆较短。

安装高压变频器后, 原绕线电动机滑环短接, 去除原水阻启动器。进行变频改造后, 风机的风板开度保持全开, 基本不需要改变, 根据实际所需的风压, 由DCS系统通过PID调节计算, 输出4~20m A模拟电流信号发给变频器, 通过调节变频器的输出频率改变电动机的转速, 达到调节送风量的目的, 满足运行工况的要求。同时, 进行变频改造后电动机在启动和调节过程中, 转速平稳变化, 电流没有任何冲击, 解决了电动机启动时的大电流冲击问题, 消除了大启动电流对电动机、传动系统和主机的冲击应力, 大大降低日常的维护保养费用。

3 改造效果

3.1 理论计算节电量

1) 工频状态下耗电量计算

假设电动机在实际工况下的效率、功率因数与额定工况下的相同, 计算工频状态下电动机的实际功率:P原= (I实/I额) ×P额。

工频运行时, I实=220A左右, 电动机额定电流为278A。工频状态下耗电量见表1。

注:循环风机的年运行时间按7300h, 电价按0.5元/k Wh计算, 下表同。

2) 变频状态下耗电量计算

循环风机为离心风机, 其输出轴功率与转速 (即变频器输出频率) 的立方成正比。因此:

考虑到装置的系统效率η=变频器效率×电动机效率 (变频器效率取0.96, 电动机效率取0.98) , 变频运行时频率一般为40Hz, 即f变=40Hz, 计算变频状态下耗电量见表2。

变频改造后, 每年耗电量减少2 310.45-1 589.12≈720万k Wh, 每年节省电费1 155.23-794.56≈361万元, 节电率720/2 310.55≈32%。

3.2 实际节电效果

循环风机变频改造后已运行一年半左右, 从配电站调取抄表记录, 经核算改造前后年实际耗电量分别为2 437.82万k Wh和1 668.43万k Wh, 实际测算结果见表3, 与理论计算的结果基本吻合。

3.3 变频器故障后的切换

改造后一年左右, 高压变频器因功率单元模块故障而停机。不论是返厂维修还是从厂家发送一块新模块, 都需要较长时间。因此, 我们临时将循环风机切换到工频状态下, 恢复水阻启动。因为改造时水阻柜系统及电缆都予以保留, 所以易恢复。待高压变频器修复后, 重新切换回变频状态下, 没有影响到回转窑的正常运行。

4 结束语

1) 与循环风机同时改造的还有一台窑尾废气风机, 改造前该风机靠液力耦合器来控制风量大小, 改造后同样用高压变频器通过改变频率来控制风量, 节电效果显著。改造过程与循环风机的改造基本相同, 只需把液力耦合器用一套连接轴代替即可 (不再详述) 。安装时, 现场仅作少量调整即可达到安装要求, 而不用对风机和电动机作任何调整, 方便快捷。后来我公司陆续对窑头余风风机、煤磨主排风机进行了高压变频改造, 效果良好, 节能降耗明显。

高压变频器的节能技术 篇9

关键词：电厂,节能改造,变频器

近年来,随着国家对能源需求的不断增加,大众对于环境保护以及能源节约的重视程度也不断提升,对节能型社会的构建理念已经深入人心。热电厂作为能耗巨大的单位之一,如何在保障自身运行的前提下尽可能的降低能耗量已成为各方人员高度重视的课题之一。除采用大容量、高参数发电机组提高火电厂工作效率,降低能耗水平以外,变频配套改造已成为热电厂节能的重要手段之一。

1 变频调速基本原理

变频调速器自电网系统接收工频50.0Hz交流电,经过强制变换处理的方式将所输入工频交流电转换为频率、幅值可调节的交流电,并输出至交流电动机,支持交流电动机变速运行功能的实现。在变频器将工频交流电转换为可变频交流电输出的过程中,电动机额定电压、额定电流、额定容量、以及起始转速等关键参数均输入变频器内,具有可控整流以及可控逆变的特点。在变频调速系统正常启动后,输入系统内的工频电强制转换为与所需要频率一致的交流电输出,在达到预定起始转速后实现频率的稳定增长。在热电厂节能改造中,通过对变频调速器的应用,能够在各种工况下实现电动机与负荷的最佳匹配,从而具有良好的节能效果。

2 工程实例

河北华电石家庄鹿华热电有限公司2*330MW空冷供热机组于2013年10月针对2#炉A、B两台引风机进行变频节能改造。引风机型号为YA15248-2F,结构型式为静叶可调轴流式,由成都电力机械厂生产提供,额定功率为2600k W,额定电压为6000V,额定电流为292A,工作状态下引风机额定转速为980r/min,机组按照2台/炉标准配备,风量为1148661 m3/h。由于引风机容量大,在负荷相对较小的季节对引风机电机进行变频调速改造,不更改引风机、泵本体、风道管道部位。改造所使用变频器为高压大容量变频器,变频器型号为ASD6000H-G200,由国电南京自动化股份有限公司提供。

3 高压大容量变频器改造实践

本工程中引风机正常工频启动流程为(以2#炉A引风机为例):第一步,确认A引风机高压开关、A引风机变频器电源开关QF1和变频器输出开关QF2在分闸位置;第二步,在A引风机变频操作画面上合上A引风机工频旁路开关QF3;第三步,A引风机满足启动条件后,合上A引风机高压开关。

高压大容量变频器改造过程中对引风机原工频控制回路不做变动,增加变频控制装置以及工频/变频切换回路。在引风机需要采取变频运行模式时,变频器输入隔离刀闸K2以及输出隔离刀闸K3正常合上,旁路隔离刀闸K1断开,此状态下引风机的启动/停止以及转速控制均通过所投入高压大容量变频器实现,同时可满足风量调节的要求。若变频线路发生故障,在引风机工频运行状态下,旁路隔离刀闸K1合上,变频器输入隔离刀闸K2以及输出隔离刀闸K3均断开,由原工频系统实现对风机启动/停止以及转速控制。在变频调速运行过程中,隔离刀闸K1、K2、K3以及电源开关QF1实现机械联锁以及电气联锁功能,避免引风机在各种运行工况下出现误操作的问题。

在投入高压大容量变频器后,引风机(以2#炉A引风机为例)的变频启动步骤为:

(1)确认A引风机高压开关、A引风机工频旁路开关QF3在分闸位置;

(2)在A引风机变频操作画面上合上A引风机变频电源开关QF1和A引风机变频输出开关QF2;

(3)将A引风机变频器控制指令置40%,确认A引风机静叶位置为0;确认A引风机其他启动允许条件满足;确认引风机变频上电允许发出;

(4)合上A引风机高压开关,变频器上电;

(5)DCS画面上点击启动A引风机变频器按钮,观察变频器的转速反馈信号逐步增加至起始转速,观察变频发出“变频运行”信号。此过程中观察变频输出电流是否正常,观察变频是否有“报警”及“故障”信号发出;

(6)增加静叶开度,至规定的最大值(暂定80%)。

引风机(以2#炉A引风机为例)的变频停止步骤为:

(1)将待停引风机变频控制切除自动并逐渐降低指令至40%;

(2)把静叶开度降到0;

(3)点击停止变频器按钮,停止引风机,观察引风机转速反馈是否正常下降,直至降到0;

(4)风机转速降至0后,“变频运行”信号消失,“运行就绪”发出。如此时需重新启动风机,按照变频启动风机的步骤进行操作;

(5)变频器运行信号消失后,在画面点击断开引风机高压开关,确认引风机高压开关已经处于断开状态。确认停运引风机的出入口挡板及静叶已联锁关闭。当变频器反馈未下降到0,风机未完全停止转动时,变频器运行信号未消失,若断开变频器高压开关,将引发变频器重故障报警,再次启动需要对变频器就地复归,且损害变频器元件寿命;

(6)断开引风机变频器电源开关QF1和变频器输出开关QF2。

4 结束语

随着高压变频技术的不断发展,变频调速技术在电力行业重要辅助机械设备上的应用不断拓展。热电厂引风机通过投入高压大容量变频器节能改造的方式取得了显著的经济效益,是未来本行业节能改造技术发展的主要方向。

参考文献

[1]郭永明,刘观起,张豪等.680 MW超超临界机组轴流式引风机变频改造研究[J].中国电力,2015,48(11):13-15,59.

[2]李自林.大型CFB锅炉引风机变频改造后叶轮故障分析与处理[J].陕西电力,2015,43(05):88-91.

[3]齐建军,廉俊芳,赵志宏等.600MW锅炉引风机变频改造后的可靠性与节能分析[J].内蒙古科技与经济,2013(19):78-79.