新型高压变频

关键词： 直流 电子 电力 输电

新型高压变频（精选九篇）

新型高压变频 篇1

直流输电技术不断发展的今日, 随着用于超高压的电力电子技术不断发展, 实现超高压直流输电是可以实现的。而因为该市场带动了对电力电子元器件的需求, 也因此, 电力电子元器件技术不断地推陈出新。大功率的IGCT也随之走向市场, 而目前由于电力电子元器件问题而局限于H桥级联架构的高压变频器, 也发展出了新的架构。

直流输电系统可分为两大类, 两端直流输电系统和多端直流输电系统。两端直流输电系统只有一个整流站和一个逆变站, 它与交流系统只有连接端口。因此, 它是结构最简单的系统。而多端系统具有三个或以上换流站, 它与交流系统有三个或以上连接端口。

目前的高压变频器是采用单元串联多电平技术, 就是采用多组低电压小功率IGBT, PWM变频单元串联输出为高压变频器, 实现大功率集成。各功率单元的逆变桥可以实现三种电平输出:正电平、零电平和负电平, 这样经过适当的控制各单元的输出电平, 而后叠加就可以得到3~10KV的电压输出了, 而且这种情况下输出的电平数量更多, 比普通的三电平技术波形更加完美。在直流输电网下的变频器, 需要先逆变再降压, 再配合多电平变频器带负载, 设备复杂, 价格高昂。因此本文基于直流电网直接配合一个变频逆变设备来实现这个功能。

2 基于直流变流器的变频器架构, 拓扑

由于H桥式需要一个移相变压器来给功率单元供低压电, 因此在功率大的时候, 很难做到满足生产要求的体积, 或者相应要求的变压器。而在直流输电设备的基础上, 可以容易得到一个高直流母线电压Vd, 直接加载在相单元两侧。假设上部为正极, 下部为负极。则在每个变流臂上加载的直流电压为Vd/2。

如图一:交流系统用等值电源Us和等值电感Ls表示, Usa、Usb和Usc分别为A、B、C三相等值电源;联接变压器用等值电感LT表示;阀电抗器用电感L表示;损耗用req表示;T1和T2为绝缘栅双极晶体管 (insulatedgatebipolartransistor, IGBT) 器件;D1和D2为续流二相管;u0为子模块电容电压;C0为子模块电容。换流器由3相单元串联组成, 每相上、下桥臂由偶数个子模块组成, 桥臂等效为可控电压源, 由控制子模块的投入与切出拟合出期望的交流输出电压。三相调制波相位差120°, 可以保证交流输出电压三相为对称, 每个相单元每一时刻投入的子模块数是固定的, 上下桥臂共投入同为n个子模块, 维持直流电压恒定。电能经过3相功率模块组成的相单元输出五电平三相交流可变频率波形。

子模块单元如图二:

当功率模块处于“on”状态, 即图三中IGBT1导通时, 此时IGBT2处于断路状态, 在输入侧的直流电压即为功率模块中电容两端电压。若M端处于直流电压高电位, 则IGBT的续流二极管D1处于工作状态, AB两端电压为U, 若N端处于直流电压高电位, 则IGBT导通, MN两端电压为-U。

以A相为例, 其基尔霍夫电压方程 (Kirchhoff’svoltagelaw, KVL) 如式 (1) 所示。

式中:Udc为直流侧电压;Uia为各子模块输出电压;L为桥臂内串联电抗器;ipa和ina为A相上下桥臂电流;n为每个桥臂子模块数;i=1, 2, …, 2n为每相桥臂中模块的序号。ia为变流器A相交流电流, iza为变流器A相与直流侧之间及A相与另两相桥臂之间的环流, 其数值可由式 (2) 获得, 其它两相 (B、C相) 与之类似。

由上两式可得

仍以A相为例, 变流器上桥臂M点与M'点间电压UMM'可表示为

式中Sj A为各子模块的开关函数。模块为投入状态时, Sj A=1;为切除状态时, Sj A=0。对于A相下桥臂, 有

由式 (4) 可知, M'与N'点等电位, 即UM'=UN', 因此对于交流系统而言, 两个电感L1相当于并联。

同理, B、C两相也满足上述关系。

3 功率模块的排序及子模块电容均压控制策略

变频器每相都包含同样数量的功率模块。每个模块中都有大量电容存在用来均衡电压。电容电压平衡控制包括2部分内容:1) 对于每个桥臂内电容电压的平衡控制;2) 分别控制。三相中各子模块电容电压的平均值跟踪给定。对于桥臂内电容电压的平衡, 采用电容电压排序的控制方式。前述驱动脉冲生成方法中, 已能确定每个桥臂中所有子模块的驱动脉冲, 再按照电容电压的高低将驱动脉冲分配给各子模块, 以保证每个桥臂内电容电压的平衡。以A相上桥臂为例, 设0~1之间的三角波分别记为tr1~tr4, 则对于任意参考波, 各组三角波所生成驱动脉冲的占空比有如下关系:Dtr1≥Dtr2≥Dtr3≥Dtr4。其中, Dtrm (m=1, 2, 3, 4) 为各组三角波对应驱动脉冲一个PWM周期的占空比。被参考波完全覆盖的三角波, 其占空比为1。在一个PWM周期内, 当桥臂电流ip A>0时, 将各子模块按照其电容电压从小到大依次排列后, 分别接收三角波tr1~tr4所生成驱动脉冲, 使电容电压最低的单元获得最大的开通占空比, 这样在ip A作用下, 该子模块电容电压增加最多, 使其能够与其他子模块电容电压保持相同;当桥臂电流ip A>0时, 则情况相反。如上所述, 可保持同一桥臂内各子模块电容电压保持一致。

对于各相模块电容电压平均值的控制, 通过上述驱动脉冲分配方式可以保证同一桥臂内模块电容电压平衡, 但由于环流的存在, 使模块电容额定耐压值和系统损耗增加。因此需要在控制信号中加入一定调整分量, 减小环流对系统造成的影响。假定三相负载对称, 只考虑环流影响, A相直流回路电压方程:

由式 (5) 可知, 环流iz A与电容电压间为一阶环节, 采用比例积分 (proportional-integral, PI) 调节器得环流:

式中Kp1A和Ki1A分别为比例、积分放大倍数。又由于电容电压与电流存在iz A=Carmduave/dt的关系, 因此A相桥臂电容电压平均值控制量可表示为

其它两相与A相控制方式相同。

4 功率模块调制方式

针对大功率多电平换流器, 目前一般有如下调制策略:阶梯波脉宽调制、消除特定次谐波调制、多载波PWM技术、多电平电压空间矢量控制、载波移相脉宽调制技术。多电平电压空间矢量控制中电平数与电压空间矢量数目成立方关系, 该技术在电平数较高时会受到限制。因此, 针对应用于VSC-HVDC领域的新型高压变频器需要电平数多的特点, 采用易于实现CPS-SPWM更具有优势, 且该技术能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果。

CPS-SPWM调制策略指, 对于每个桥臂中的N个子模块, 均采用较低开关频率的SPWM, 使它们对应的三角载波依次移开1/N三角载波周期, 即2π/N相位角, 然后与同一条正弦调制波进行比较, 产生出N组PWM调制波信号, 分别驱动N个子模块单元, 决定它们是投入或切除。将投入的各子模块输出电压USM相叠加, 得到新型高压变频器的桥臂输出电压波形。

根据文献推导得出N个子模块的输出波形叠加之后, 总输出波形的傅里叶级数表达式:

式中下标T为整个采用CPS-SPWM调制策略的新型高压变频器的输出变量。

输出频谱中包含以下成分:

1) 基波分量。当k=1时, 可得基波分量:

式中:N为模块数;UC为子模块电容电压;Utr为三角波幅值;Qmod为调制波幅值。

2) 载波分量。当k=m Nkc, m=1, 2, …∞时, 可得载波谐波:

式中:J0 (.) 为0阶贝赛尔函数;kc为频率调制比。

由式 (8) — (10) 可见, 采用CPS-SPWM的N个子模块输出电压为单个子模块的N倍, 且呈线性放大;等效开关频率提高N倍, 且当N为偶数时, 载波谐波不存在。因此, 该技术能在较低的器件开关频率下具有良好的谐波特性。

在新型高压变频器的同一相单元中, 应使上、下2个桥臂的调制波相互反相, 这样在任意时刻每个相单元中上、下2个桥臂被触发投入的模块个数互补于N, 从而保证在任意时刻每个相单元都有N个子模块投入。

如图三所示, 每个子模块都有与之相对应的ujaref, 每个桥臂采用N个不同相位的三角载波与幅值为ujaref的N个子模块调制波进行比较, 生成相对独立的N组PWM调制信号, 分别驱动上桥臂N个子模块的功率器件, 决定它们是投入或切除。将投入的各子模块输出电压叠加, 得到高压变频器的桥臂PWM输出电压波形。

5 采用simulink对系统模拟仿真

如图四, 直流电源为可视为从直流输电网侧取得的电源, A-up为上桥臂, A-low为下桥臂, 负载为3k V, 功率因素为0.8。功率模块如图九, IGBT/IGCT可选为耐压800V, 根据负荷选择对应额定电流值;电容选择3个串联, 每个电容选为400V耐压。

当负载处于50Hz工频状态运行时, 负载侧输出功率因素为0.8, 波形稳定;而当负载变化为70Hz时, 假设功率不变, 输出如图五所示, 功率因素有所下降但是不明显, 可以满足负载要求;

当负载需要降频降压运行时, 假设负载由V/f控制方式运行, 将频率调至30Hz;电压调至原先的一半, 输出总功率降低, 可得曲线如图六, 此时坐标轴标幺化后可得频率为50Hz时的3/5, 功率因素不变。因此可以实现其变频输出的目的。

6 结论

本文所述设备能为直流发电, 输电附近的需要大负荷高压变频器的场所提供一个更为经济的解决方案, 不必经过直流逆变, 然后并网运行, 再接一个H桥式高压变频器来解决。本文所述装置能节约非常多的设备与资金, 同样能为社会节约大量能源。

摘要：本文开发了一款超大功率高压变频器。其电网侧为直流输电的变电装置。不再采用H桥级联式变频器的移相变压器提供每个功率单元的电源, 而直接采用母线式。采用耐压极高的IGBT/IGCT功率模块直接串联, 就能够实现单位功率因数的整流和逆变。且网侧电流接近正弦。为验证该结构变频器适合应用于高压大功率交流变频调速领域, 以高压感性负载为典型负载。对负载的功率与频率变化进行改变与测试研究, 并在Simulink下进行了仿真实验, 实验结果证明了设计的可行性。

关键词：大功率,模块化多电平高压变频器,电压平衡

参考文献

[1]Hagiwara M, Akagi H.PWM control and experiment of modular multilevelconverters[C]//IEEE Power ElectronicsSpecialistsConference.Rhodes:IEEE, 2008.

[2]Hagiwara M, Akagi H.Control and experiment of pulse width-modulatedmodular multilevel converters[J].IEEETransactionson Power Electronics, 2009.

[3]屠卿瑞, 徐政, 郑翔等.模块化多电平换流器型直流输电内部环流机理分析[J].高电压技术, 2010.

[4]Rohner S, Bernet S, Hiller M, et al.Analysis and simulation of a 6 kV, 6 MVAmodular multilevel converter[C]//IEEE Industrial Electronics 35th AnnualConference.Porto:IEEEm2009.

[5]刘钟淇, 宋强, 刘文华.新型模块化多电平变流器的控制策略研究[J].电力电子技术, 2009.

[6]丁冠军, 汤广福, 丁明等.新型多电平电压源换流器模块的拓扑机制与调制策略[J].中国电机工程学报, 2009.

高压变频器检修总结 篇2

从2010年使用智光电气高压变频器至今，在使用过程中变频器故障较多，故障现象基本是以后台所报故障为参考。

经统计变频器自身出现的故障跳车情况，后台所报信息基本为： 1，单元过流速断； 2，单元直流电压保护； 3，左臂故障； 4，右臂故障；

5，左臂、右臂同时故障； 6，上行通讯故障； 7，下行通讯故障 8，PLC故障； 9，模拟输入断线警告； 10，UPS故障； 11，风机故障等。

至2014年4月以前出现以上故障基本以更换设备为主。由于返厂检修价格高，周期长，经公司领导要求，自主检修高压变频器。故障设备基本是以功率单元体和光纤占大部分，而光纤故障原因基本为光纤老化，无法检修，所以开始以检修功率单元体为主。

电站9#给水泵不使用变频启动，所以我们用9#给水泵来调试功率单元体，我们给故障单元一个380V的输入，然后调试，经过了3个星期的检修，我们发现发现故障单元有以下几种现象： 1，在刚刚启动时才1Hz时，功率单元体的输出就已高达500V以上；

2，在复位时，功率单元体驱动板脉冲变压器回路的指示灯显示不正常；

3，在调试时，功率单元体报左臂故障； 4，在调试时，功率单元体报右臂故障；

5，在复位后保持通电3小时左右，驱动板报左臂右臂故障； 以上5种现象为这段时间检修发现的主要情况。

高压变频在煤矿提升机上的应用 篇3

【关键词】高压变频；煤矿；提升机；可靠稳定性

0.引言

矿井提升机是煤矿生产过程中的重要设备。提升机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。大湾煤矿井下采好的煤通过井口竖井用1台提升机将煤提到地面上来。该井口绞车为摩擦式提升机，由电机经减速器带动卷筒旋转，这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动、减速制动，而且电机的转速按速度规定规律变化。原竖井提升机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。原提升机的基本参数是：电源电压6 kV，电机功率630kW，卷筒直径2.8m，减速器减速比11.5：1，爬行时间33s，最高运行速度4.74m／s，钢丝绳长度为276.5m。

1.交流调速系统转子串电阻调速方式

交流电机因为其结构简单、体积小、重量轻、寿命长、故障率低、维修方便、价格便宜等诸多优点得以广泛应用，但交流单机、双机拖动的提升系统以前采用绕线电机转子串电阻的调速方式，现已正被淘汰，此调速方式存在的问题如下：

(1)提升机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。

(2)提升机频繁的起动、调速和制动，在转子外电路所串电阻上产生相当大的功耗。

(3)低速时机械特性较软，静差率较大。

(4)起动过程和调速换挡过程中电流冲击大。

(5)中高速运行震动大，安全性较差。

(6)线绕电机滑环存在接触不良问题，容易引起设备故障。

(7)设备体积大，发热严重使工作环境恶化(甚至使环境温度高达60℃以上)。

(8)设备维护工作量大、维护费用高。

2.高压变频调速方案

为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用高压变频调速技术改造提升机。技术改造总目标：

2.1提高主井提升机的效率，实现节电的目的

技术改造完成后，将现有的转子串电阻的转差功率消型调速方式改为变频变压的转差功率不变型调速方式。在正常工况下，现有的大功率调速电阻群将不再使用，实现节电的目的。

2.2提高系统的运用可靠性、安全性

技术改造完成后，由于在正常工况下不再使用大功率调速电阻群，切换电阻用的接触器将不再工作，较大幅度地减少电气和机械故障对生产的影响。由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击将不再存在，这将明显地减少当前的有级调速系统容易出现的齿轮箱和钢丝绳等设备的机械故障。

2.3提升系统改造后单次提升循环时间小于现有单次提升循环时间

即将低速爬行时间33s降低为18s，再通过变频调速控制提高最大提升速度到4．9m／s，如此以来，每天提升次数由原来的450个提升循环提高到500个提升循环。

3.方案原理及实施

东风煤矿竖井提升负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重斗上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩擦力矩，电机处于电动工作状态，且工作于第一象限。在重斗减速时，虽然重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当另一列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。用能耗制动方式将消耗重力势能；用回馈制动方式，可节省这部分电能。

在用变频器驱动时需将原转子串电阻部分全部短接。提升机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，提升机不能运行。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在运行过程中实现液压机械制动和变频器的制动无缝结合。同时，还使用高精度测速编码器(每转1500-3000脉冲)进行运行时机斗的位置及速度精准闭环反馈，保障运行安全。

提升机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正、反转多档调速。为适应操作工人这种操作方式，变频器可采用角编码器与手握操纵杆相连，即手握操纵杆的角位移对应角编码器的速度给定，可实现电机0到最大速度无级调速给定。当然变频器还可实现按钮启动和自动提升。

4.变频调速提升系统的优点

4.1提升机系统安全得以提高，操纵更加容易

系统能自动高精度地按设计的提升速度图控制提升速度，极大地降低了提升机的操纵难度；减速时电力制动自动减速，提升机司机无需再用施闸手段控制提升机减速，避免了超速、过卷的发生，杜绝了人工操作失误。

4.2提升系统电能消耗明显下降

每年可节约电能消耗约20％-50％。变频调速时转子电阻被短接，加、减速阶段消耗在电阻上的大量电能被节约。

4.3功率因数显著增加

功率因数将从转子串电阻调速的0．8左右提高到0．95以上，大大提高了设备对电网容量资源的利用率，减少了因无功电流引起的线路损耗。

4.4生产效率进一步提高

能可靠的按系统设计的最短时间加、减速，显著缩短了一次提升时间(由原来的爬行时间33s缩短为18s)，提高了生产效率(由原来的每天450个提升循环提高到每天500个)。彻底解决了传统系统中用制动闸施闸或电机断电自然减速来操控低速运行时速度波动大、难于控制又不安全的难题。

4.5电机发热大幅减轻

与转子串电阻调速相比电机定子温度平均下降了10℃左右，转子温度平均下降了20℃左右，使电机运行的故障率大幅度减少。

4.6系统维修量大幅度减少

由于实现了提升全过程的电力牵引与电力制动，机械闸只有在停车和安全回路保护动作时才起作用，因此闸瓦的磨耗大幅度减少。由于变频运行机械特性很硬，不易发生钢绳打滑，这将明显减少钢绳和钢绳衬垫磨损。由于电压和频率均连续可调，电动机的起动电流可得到有效控制，转矩冲击不再存在，明显地减少转子电阻有级变速出现的齿轮箱和钢丝绳等设备的机械故障，减少了设备的维修量和维修费用。

5.结束语

变频改造后，调速平稳，高效安全，提升机绝大部分时间都处在电动状态，节能十分显著，经测算节能30％以上，节电经济效益巨大。变频调速无疑是提升机调速首选的高效调速方式。

新型高压变频 篇4

随着辊式磨系统越来越多地被采用, 风机耗电占总耗电量的比重也越来越大。如一个5000t/d熟料的水泥厂, 全厂的风机装机容量约为12707~13787k W, 约占全厂总装机功率 (33500k W) 的34.8%~37.7%, 耗电量约占整个厂用电量30%~40%。风机的选型是按照满负荷状态设计的, 而实际生产过程中随工况和产量的变化, 会引起风量、风压随机调整。众所周知, 风机属于平方率负载, 如将风机的传动系统换成交流调速系统, 通过调整电机转速, 满足风机不同工作状态下的风量和风压, 就能把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来, 节能空间和效果是很可观的。据统计, 一个5000t/d熟料的水泥厂包括废气处理排风机, 窑尾高温风机, 篦冷机冷却风机, 冷却机排风机, 煤磨系统风机主要用于系统通风换热, 装机功率为6407~7487k W, 如换成交流调速系统, 按一般使用经验, 每年约可节电640万k Wh, 节省电费320万元变频调速设备的投资约两年即可收回成本。这对降低水泥成本, 提高企业经济效益将起到重要作用。目前新设计的干法水泥生产线, 重要系统风机、水泵、篦冷机、选粉机、各种称重设备及板式给料机等已采用变频调速, 另一方面国内各大水泥集团为落实节能降耗, 正加紧计划对高温风机和废气排风机等进行电气改造, 如海螺集团、山水集团属下几十条5000t d水泥熟料生产线, 正在进行窑尾排风机传动系统的改造, 由原采用液力耦合器调速改为变频调速系统。这些集团经过深入比较, 最后皆选用了西门子公司的罗宾康品牌的高压变频器。罗宾康变频器采用多个低压单元串联连接, 构成驱动系统高压输出的结构, 其最显著特点是无需使用滤波器就可达到完美的输入波形;也无需外加滤波器, 就有几乎是完美的正弦波输出, 其输入和输出谐波电流都能满足最为严格的IEE591标准, 这对于大企业来讲非常重要, 可避免对公用电网的污染, 也不会影响企业内其他大型传动设备的正常运行。由于变频器的主回路结构简单明了, 没有附加的输入输出滤波器、功率因数补偿器、升压变压器等附加电路, 逆变功率器件则采用简单可靠的IGBT功率器件, 同时在系统结构设计上把隔离变压器和变频器, 包括控制单元和各种信号模块集成为一体, 使安装接线、启动、调试变得快速简单, 整套设备平均无故障时间达100000h。罗宾康变频器还设有功率单元旁路功能的选件, 即使在一个功率单元故障的情况下仍能满载运行, 故有极高的可靠性。罗宾康完美无谐波高压变频器能提供的电压等级为2.3~13.8k V, 功率范围为225~120000k W, 目前在我国电力、冶金、石油天然气、水处理等行业已广泛应用。

2 关于高压变频器

输出3~13.8k V电压的变频器在国内称为高压变频器, 在国外称为中压变频器。高压主要是与低压变频器相对而言的, 国内常用的电压等级为3300V、4160V、6000V, 其分类方式有三种:

誗按输出电压方式:

高高型:直接输出高压, 变频器输出没有升压变压器

高低高型:中间使用低压变频器, 后面升压变压器

誗按中间环节类型

电压源:中间直流环节为电容

电流源:中间直流环节为电感

誗按逆变器电路结构型式

三电平 (中心点钳位)

GTO/SGCT电流源型逆变器

罗宾康高压变频器就是基于这种功率单元电压串联的电路结构型式。

一般高压变频器拓扑结构都由三部分组成:整流电路将输入交流变为直流;中间为直流环节, 它用于滤波和能量储存;逆变电路又把直流逆变为交流, 并对输出的电压或电流和频率进行协调控制。变频器一般有五个独立的部件, 即输入滤波器, 功率因数补偿, 隔离变压器, 变频装置和输出滤波器, 由于罗宾康高压变频器有较好的输入/输出特性, 因此其主要部分仅需隔离变压器和变频器。

3 结构原理和性能指标

罗宾康6k V高压变频器拓扑结构原理图见图1, 它是基于功率单元电压串联结构, 图1中A, B, C即为功率单元, 其结构图见图2, 变频器输入三相交流电压, 可任选电压等级, 星形或三角连接, 输出6~7.2k V, 可直接接入三相感应电机。

3.1 输入谐波和整流电路

根据GB/T14549-93国家标准, 对电压而言, 6k V和10k V电网要求电压总谐波不超过4%, 对电流而言, 在基准短路容量为100MVA的条件下, 对每次谐波电流的幅值分别提出了具体的要求, 对6k V电网将各次谐波换算成百分比也为4%左右, 谐波超标会使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗, 并将导致继电保护和自动装置的误动作, 影响各种电器设备的正常工作。按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论:整流电路脉冲数至少多于18脉冲 (含18脉冲) 才能满足输入谐波的标准。

罗宾康高压变频器6k V输入整流电路为36脉冲二极管整流电路, 由于这种多重化设计形成多脉冲整流, 输入谐波远远小于规定的标准, 电流失真小于2%, 在不用滤波器情况下, 不会对电网产生影响。

3.2 输入功率因数

变频器输入功率因数主要与变频器中间直流环节 (电压源型或电流源型) 有关。

电压源型直流环节为电容, 电机需要的无功电流由电容提供, 而不需要和电网交换, 变频器输入功率因数高, 在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感, 电机需要的无功电流还需与电网交换, 功率因数较低, 且随着电机负载的降低而降低。罗宾康高压变频器的输入功率因数大于0.95, 可改善电网系统的质量, 并提高电网输入侧的总功率因数。

3.3 输出谐波和逆变电路

变频器输出波形包括输出谐波、dv/dt、共模电压等指标, 变频器输出波形与变频器逆变器的结构密切相关。罗宾康高压变频器采用功率单元电压串联多电平移相式PWM电压源型逆变器, 对6k V输入逆变器采用13电平PWM电压源型, 图2中功率单元的逆变功率器件采用IGBT, 驱动简单, 成熟可靠, 驱动功率小, 其他型号高压变频器逆变功率器件需要使用6500V高压IGCT或高压IGBT, 驱动较复杂, 驱动功率大, 备件贵且不易购买。

变频器输出波形中的谐波成分会引起电机的附加发热和转矩脉动, 输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。罗宾康高压变频器输出的波形与正弦波非常相似, 而且dv/dt幅值小, 约为900V, 不必设置输出滤波器, 变频器能直接输出6000VAC, 可以使用原有的普通旧国产异步电机。在国内大部分应用中都是6k V旧国产电机, 其中很多绝缘等级都是B级, 这对水泥厂交流传动技术改造也是可行的, 不需更换电机。

为确保罗宾康高压变频器工作可靠, 还设置了冗余结构, 具有功率单元旁路功能的选件, 即使在一个功率单元故障的情况下变频仍能满载运行, 可靠性极高;包括输入变压器和变频器在内的系统满载时, 其效率可达97%, 噪音小于75db。

罗宾康高压变频器具有极其灵活的通讯功能, 除有标准的输入输出信号接口外, 还可通过RS485或标准的以太网端口, 与个人PC连接, 并对变频器进行设置和控制, 它也支持多种通讯协议, 如PROFIBUS DP, Device Net, Modbus Plus等。

4结论

(1) 为落实节能降耗, 水泥行业各大集团正加紧计划对高温风机和废气排风机等进行电气改造, 基于一次性投资较高, 笔者建议首先进行窑尾排风机传动系统的改造, 将液力耦合器调速改造为变频调速。辊磨系统的风机由于容量大, 在运行中风量、风压的变化相对稳定, 可暂缓。

(2) 在选用高压变频装置时, 应反复比较各种品牌的高压变频器性能价格比, 在性能方面可靠性当首位, 其次是输入和输出波形, 谐波要优于国家标准;至于输出有多少根电缆等, 应不是主要指标。

高压注水变频应用效果分析 篇5

1 某区块注水系统概述

某区块注水系统已建成注水站9座, 共安装注水泵25台, 注水能力75 000 m3/d, 注水井1599口, 平均泵压15.6 MPa, 平均管压15.1 MPa, 平均注水单耗5.74 k Wh/m3。

某区块注水系统由于受钻关、洗井、测试等因素的影响, 注水系统的注水量波动较大, 只能通过调节注水泵出口阀门来控制流量, 增加了管网损耗, 泵管压差较大, 注水单耗较高。

为了解决某区块注水系统存在的问题, 我们提出在某区块注水管网的中杻位置某注水站安装高压变频装置。

2 高压注水变频应用

A注水站建有D300-150×11注水泵2台, 电动机功率2240 k W, 日平均注水量8500 m3以上, 注水单耗5.80 k Wh/m3。某区块注水管网相互联通, A注水站又处于注水管网的中杻位置, 对整个注水系统影响较大, 通过利用高压变频调节灵活的优势, 能够最大限度挖掘其系统节能潜力。注水站变频控制应用见图1。

3 高压注水变频运行效果分析

3.1 A注水站运行效果分析

A注水站安装高压变频器以来, 泵管压差、注水单耗下降幅度较大, 2012年与2010年对比分别下降了0.50 MPa、0.96 k Wh/m3 (表1) , 取得了较好的节能效果。

变频器运行前后某注水站月平均注水单耗见图2。

3.2 某区块注水系统运行效果分析

由于注水系统是由各个注水站及注水管网构成的一个整体, A注水站作为某区块注水系统的一部分, 改变A注水站的运行状况必然会引起系统各部分能量损耗发生变化, 并使各注水站的负荷分配发生改变, 对整个区块注水系统造成一定的影响[1]。

从表2可以看出, 变频运行后, 某区块注水系统单耗由5.74 k Wh/m3下降到5.54 k Wh/m3, 下降了0.2 k Wh/m3, 运行效果比较好。但同时我们也注意到某区块注水系统的6座注水站单耗有3座上升, 3座下降, 这说明某区块注水系统耦合性较强。因此必须考虑单站运行状态的改变对整个系统的影响, 要保证整个系统处于优化运行状态, 就必须采取统一协调控制方式, 才能取得更加显著的节能效果。

4 结论

1) 高压注水变频作为调节单个注水站运行状态的技术措施, 可以保证注水站运行在较优的工况下, 实现注水量的无节流调节, 降低注水单耗。

2) 由于注水系统一般整体性较强, 改变一个注水站的运行状况会引起系统各部分能量损耗发生变化, 因此高压注水变频作为整个系统调控的一个“支点”, 只有统一协调控制, 才能实现整个系统优化运行。

参考文献

高压变频器构成及测试 篇6

哈尔滨九洲电气股份有限公司成立于2000年, 是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术, 以“高效节能、新型能源”为产品发展方向, 从事电力电子成套设备的研发、制造、销售和服务的高科技上市公司。

本文主要对Power Smart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。

1 Power SmartTM高压变频调速控制装置系统组成

Pow e r Sm artTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备, 一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面 (数码管和彩色触摸屏可选) 、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。

2 工作原理

Pow e r Sm artTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化, 就是每相由几个低压功率单元串联组成, 各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式, 使变频器输出电压的谐波含量很小, 不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dV/dt也很小, 不会给电机增加明显的应力, 因此可以向普通标准型交流电动机供电, 而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dV/dt都很小, 不需要附加输出滤波器, 输出电缆也长度无要求。由于谐波很小, 附加的转矩脉动也很小, 避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上, 完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置, 也不会与现有的补偿电容装置发生谐振, 变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰, 因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。

3 技术特点

采用双DSP控制, 可靠性高, 杜绝了变频器死机问题;采用36脉冲整流 (以6KV变频器为例) 及空间矢量多重化PWM技术, 每相由6个功率单元串联而成, 并直接驱动电动机, 无需输出升压变压器。输出电平数高, dv/dt很小, 输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术, 对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄, 控制精度高, 避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制, 上电自检, 运行中实时监测, 检测速度高。通过双DSP系统, 实现纳秒级运算并进行综合判断, 分析准确, 减少变频器误报警。具有PWM控制波形与逆变输出波形实时验证功能, 提高了输出波形的准确性, 增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能, 无论电机处于正转还是反转状态, 变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能, 避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时, 系统均能故障定位并且及时告警或保护, 对电网波动的适应能力强。支持中心点偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时, 能够立即对该单元实施旁路处理, 而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压, 这保证了系统的不间断运行。

4 出厂测试

Pow e rs m art系列高压变频器检验项目 (全功率出厂测试) 包括: (1) 一般检验:包括外观、部件、元器件。 (2) 电气间隙与爬电距离检验。 (3) 安全与接地检验。 (4) 外壳防护检验。 (5) 保护功能检验。 (6) 显示功能检验。 (7) 效率检验。 (8) 功率因数检验。 (9) 输出电压检验。 (10) 频率分辨率检验。11过载试验。12连续运行试验。13启动特性控制实验。14温升试验。15谐波实验。16控制回路上电源切换实验。17不间断后备电源实验。18高压掉电短时跟踪再启动实验。19飞车启动试验。

九洲电气生产的每一台Power Smart系列高压变频器, 在出厂时都经过严格测试。九洲电气组建了高压大功率变频器实验室。具体包括:电气性能试验室, 负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室, 负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室, 负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站, 是与罗克韦尔共同建造的, 负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、SVC产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690V到10KV, 最大测试功率可达到5000KW。它为高压变频器的技术发展提供了一个全方位的试验平台。

参考文献

火电厂高压电机变频改造 篇7

过去, 中国火力发电厂的设计、制造受技术条件影响, 电厂主要用电设备如引风机、送风机、排风机、磨煤机、给水泵、循环泵等高耗能设备, 其输出功率不能随机组负荷变化而变化, 只能通过改变挡板或阀门的开度来进行调整, 造成很大部分能量消耗在节流损失中[1]。进入20世纪80年代后, 国外变频技术被中国引进吸收, 并很快在许多行业得到了推广和应用, 收到了良好节能效果。火电厂高压电机变频改造在现代科学技术不断发展的基础上满足社会生产用电量不断增加的外在需求, 其对提高节能效果, 节省生产成本, 提高火电厂的社会和经济效益有着十分重要的现实意义。

1 变频与节能原理概述

1.1 变频原理

功率单元串联叠加是高压变频器所采用的串联方式, 其主电路开关的主要组成部分是功率极大的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 。它采用空间矢量多重化脉冲宽度调制 (PWM) 技术, 每一相由若干个单元串联而成, 其中任何一个功率单元所输出的电压波形和串联后所输出的相电压波形均可获得几十个各不相同的电压等级。一旦电压等级增多, 各等级电压就会相应减少, 对电机绝缘机所造成的破坏也会相应减少, 同时输出电压的谐波数量也会随之减少[2]。可以说增加电压等级数量, 显著提高了变频器输出能力, 使输出波形接近正弦波, 确保电网清洁、零污染。因此, 串联叠加方式的变频器不会对处于同一电网的灯具、电脑等电气设备产生谐波干扰, 减少了人们对共振、谐波的分析工作, 同时也节省了谐波装置相关费用。

1.2 节能原理

汽机凝结水泵电机经变频改造后, 其输出量在满足工艺要求的同时, 还能节省大量电能, 具体节省比例见以下推算过程。根据风机类负载和汽机凝结水泵电机的工作特点可知:

汽机凝结水泵机的流量与其转动速度成正比例关系:

同时, 汽机凝结水泵机的电机轴功率与转动速度的立方值也成正比例关系:

根据变频器工作原理可知其转动速度与转动频率也是正比例关系:

式 (1) 至式 (3) 中, Q为流量, m3/h;N为转速, r/s;P为轴功率, W;f为频率, Hz。假如f下降20% (50 Hz下降到40 Hz) , 结合以上比例关系推算如下:

因为:N2/N1=f2/f1, 故:

在f下降20%的情况下:

在f下降20%的情况下:

由此可见, 频率下降20%时, 轴功率占原料的51.2%, 从而节约48.8%。该推算显示的是理想状态的节电率, 在实际工作过程中, 由于运行状况各不相同, 产生的效果不可避免地会和以上计算结果有一定差异, 但从计算结果来看, 效果非常明显, 变频改造的必要性不言而喻。

2 变频改造的显著优势

2.1 安全可靠性分析

安全性是工程的灵魂, 必须予以高度重视。因此, 高压变频器的安全分析也就非常必要。通过软启动技术, 有效防止了因工频启动而产生的强大冲击转矩和电流, 在增加电动机、负载的使用年限的同时, 大大减少了对电网的冲击力, 确保机组正常运行。高压变频器拥有完整的保护体系, 在发生欠压、短路、变频器发生过压、过热、过流等情况时, 其系统可进行自动检测, 并根据检查结果给予及时的智能提示、保护、报警, 从而保证设备正常安全运行。

2.2 高压变频器优势

在交流高压电机直接启动的短暂过程中, 往往会产生极为强烈的电流和转矩冲击力, 导致以下3个不良后果:a) 由于阻尼绕组和转子笼型绕组在这一过程中承受极高机械应力和热应力, 从而致使笼条破损的发生;b) 引起定子绕组绝缘磨损, 从而致使定子绕组绝缘击穿;c) 这一过程中的强大电流会导致铁芯松弛, 从而增加机电发热。变频器能实现启动转矩高并不造成冲击力, 有利于增加电动机的服务时间, 对电网冲击也相对较弱, 从而确保整个机组安全正常运行[3]。近年来, 随着中国科技不断发展, 新的科技被广泛运用于工业领域, 电厂的自动化水平也越来越高, 对辅助设备控制性能的要求也日益增长, 这就要求相关工作者结合实际, 充分利用高压变频器的优势调整水泵、风机的速度, 这不但可以对水泵、风机流量起到调节作用, 还能大幅度减少对电能的消耗, 从而实现改善工艺和降低能耗的目的。

3 变频改造相关技术方案

根据笔者多年的现场工作实践经验, 提出以下3个变频改造相关技术方案。

3.1 方案一

锅炉引风机和锅炉送风机使用的拖动方式均为一拖一, 且带自动旁路, 如图1所示;汽机凝结水泵使用的拖动方式为一拖二, 也带自动旁路, 如图1所示。

3.2 方案二

锅炉引风机使用的拖动方式为一拖一, 且带自动旁路, 如图1所示;锅炉送风机和汽机凝结水泵使用的拖动方式均为一拖二, 且带自动旁路, 如图1所示。

3.3 方案三

锅炉引风机使用的拖动方式为一拖一, 无自动旁路, 如图2所示;锅炉送风机和汽机凝结水泵使用的拖动方式为一拖一, 且带自动旁路, 如图3所示。

变频器只能同时为1台电机供电。如:电机1处于变频工作状态时, KM2、KM3与KM1应相互锁住, 这样可有效防止操作失误;同样, 电机2处于变频工作状态时, KM5、KM6与KM4应相互锁住, 这样可有效防止操作失误;KM2与KM5、KM3与KM6之间具有电气互锁, 可有效防止操作失误;在同一时间内, KM2只能与KM3或者KM1闭合工作, 可以通过电气互锁, 实现误操作防止。三套设备均使用变频一拖一拖动方式, 不带旁路, 也不需增加任何高压电气控制相关设备, 但其安全性能较低, 不宜采用。

3.4 方案选择

介于引风机和送风机在锅炉运行时须运行, 为确保安全运行, 引风机应采用一拖一拖动方式且带旁路 (见图1) 。这样在变频器发生故障时, 可及时切换到工频。由于汽机凝结水泵大多是一用一备, 采用一拖二拖动方式和自带旁路是最佳选择。

4 变频改造后节能状况和经济效益

为了节约用电成本, 为公司谋求更多经济效益, 华电漯河公司对4台凝结水泵电机进行了变频节能技术改造。该公司已经改造成功4台上海电机厂生产的汽机凝结水泵 (450 k W-6 k V, 型号为:YLKK450-4) , 其运行情况见表1。

进行变频改造前电机输出功率计算如下:

节能变频改造后, 按照全年平均频率值42 Hz, 电机输出功率计算如下:

由此可见, 实施节能变频改造后, 平均每小时节约电量可达123 k W·h;平均节能比率:123/399≈0.3=30%;2台机组每年按6 000 h运行时间计算, 整年节电量高达:2×123×6 000=1 476 000 k W·h。按照按上网电价0.42元/ (k W·h) 计算, 年效益0.42×1 476 000=619 920元。

汽机凝结水泵、送风机、引风机等设备的运行情况非常类似, 因而, 可参照汽机凝结水泵运行时的节电比率, 对送风机、引风机的运行情况进行推算。由于锅炉引风机、送风机设计时余量考虑充足, 因此节能空间更大。下一步, 该公司将按照上述变频技术改造方案, 逐步对1#、2#锅炉引风机、送风机等高压电机进行技术改造, 以达到更好节能改造效果。

5 结语

火电厂高压电机变频改造不仅大大节约了厂用电, 提高节能效果, 节省生产成本, 还有利于设备安全运行, 减少设备维护费用和生产成本, 有效避免了各种意外停机导致的损失。同时, 它能延长电机等相关设备使用寿命, 减少轴承磨损和噪音, 有利于良好工作环境的建立。因此, 相关工作者必须高度重视, 把上述改造技术方案科学合理地运用到火电厂高压电机的变频改造工作中, 从而提高火电厂经济效益, 减轻火电厂员工劳动强度, 为公司经济、安全稳定可持续发展做出重要贡献。

摘要：首先分析了变频与节能的基本原理知识, 阐述变频改造的显著优势, 立足于变频节能原理和变频改造优势, 结合多年电厂工作实践经验, 提出3个变频改造相关技术方案选择并确定最佳方案, 通过具体实例, 分析了变频改造后的节能状况和所带来的经济效益。希望能为中国火电厂高压电机变频改造提供理论支持。

关键词：火电厂,高压电机,变频改造

参考文献

[1]祁杰.有关发电厂高压电机节能变频改造的思考[J].科技与企业, 2013 (18) :364-365.

[2]张海涛, 冯春华.流化床锅炉高压电机变频改造效果及问题分析[J].科技致富向导, 2012 (17) :247.

高压变频装置电气室空调设计 篇8

1 工程实例

上海地区某炼钢工程项目中除尘风机采用1台1600k W, 10k V高压电机, 设高压变频控制装置1套, 由于场地的限制, 与其它电控设备设于同一电气室 (长×宽×高:12000×5000×4000) 内, 要求室内温度≤30℃, 湿度20%~80%。

2 技术方案

根据本工程的特点, 设计考虑了2种方案: (1) 单元式空调机组 (2) 组合式空气处理机组。下面对2方案分述之。

2.1 单元式空调机组方案

2.1.1 方案描述

本方案系根据电气室的冷负荷, 配置单元式空调机组, 负担电气室产生的全部冷负荷, 消除室内的余热余湿。

2.1.2 负荷计算及设备选型

根据设备发热量和围护结构冷负荷计算出空调所需的制冷量。其中高压变频装置通常由数个变压器柜和变频控制柜组成, 其发热量约为电机装机功率的3%~4%[1], 是电气室的主要热负荷。高压变频装置电气室冷负荷的构成见下表。

表1高压变频装置电气室冷负荷汇总表

炼钢厂的区域环境空气质量较差, 含尘量大。并且上海地区的室外计算温、湿度比较高, 采用风冷方式对空调器夏季的出力有较大影响, 而夏季又是需要冷负荷最大的季节, 因此在空调选型时选择水冷式空调机组, 冷却水采用全厂工业净循环冷却水。

空调选用2台15P的水冷柜式空调机组, 额定制冷量:42k W/台。

2.1.3 系统全年运行模式及主要特点

高压变频电气室空调设备需要全年制冷运行, 运行能耗较大。

单元式空调机整机集成度高, 安装、使用方便, 因而这种系统应用非常广泛。

但采用单元式空调机组时, 冷却系统运行效率低, 造成能源的二次浪费[2]。变频器柜本身的风道设计一般是柜体正面进风, 顶部出风。根据空气的气流分布原理, 热空气的比重小于冷空气, 因而房间内热空气在上, 冷空气在下。由变频器柜排出的热空气会聚集在电气室的上部形成一个温度偏高, 压力偏高的涡流区。而柜式空调机通常也是下进风上出风结构, 并且一般设置在房间的角落, 与变频器柜有一定的距离。这样就造成变频器柜正面上部区域实际上是吸入刚排出的热风对机体进行冷却, 气流形成短路而不能达到有效的冷却效果。因此变频器柜的进风温度实际上大于房间平均温度, 不能确保电气元器件所要求的温度要求。

如需改善冷却效果, 需对室内空调的气流组织进行调整, 设置送回风管道, 使电气柜排出的热空气进入上部的空调回风管道, 引至空调回风口。

2.2 组合式空气处理机组方案

2.2.1 系统概述

使用组合式空气处理机组对电气室室内空气进行集中处理, 并利用变频柜自带的排气扇, 将部分高温空气排出室外, 由室外新风进行补风。新风与室内回风混合后进入组合式空气处理机组, 由空气处理机组冷却除湿后送入电气室, 保持房间内的温湿度在设备运行所要求的范围内。该系统流程图如图1。

2.2.2 设计计算及设备选型

上海地区夏季空调室外计算干球温度为34.6℃, 室外计算湿球温度为28.2℃[3], 取高温排风的t P=50℃, 送风状态点的湿度90%, 系统新风比0.2。电气室内没有湿负荷, 热湿比ε=∞。

查表计算得出各点焓值如下:

其中下标“N”代表室内状态点, “W”代表室外状态点, “O”送风状态点, “C”代表新风和回风混合后的状态点。

室内余热量Q余热量=Q总冷负荷-Q高温排风, 代入公式G系统风量=Q余热量/ (i N-i O) , 得G系统风量=3.91kg/s

空调系统所需冷量Q系统冷量=G系统风量 (i C-i O) =73k W。

根据上述计算数据进行设备选型, 见表2。

2.2.3 系统全年运行模式及特点

组合式空气处理机组全年运行。组合式空气处理机组的冷却介质夏季为冷冻水, 冷冻水由水冷冷水机组提供。冬季和过渡季节采用工业冷却水。

钢厂设有大流量的工业净循环冷却水系统, 对设备进行循环冷却, 全年运行。随季节的不同, 冷却水温也有所不同。当工业冷却水水温较低时, 可以停用水冷冷水机组, 直接将工业冷却水送入空气处理机组的冷水盘管, 对混合后的空气进行降温处理。

按保守计算, 以全年室内送风温度不变, 当冷却水温度低于18℃时, 将冷却用水由冷冻机切换至冷却水。根据某钢厂对全年冷却水温度的记录数据, 一般在11月至次年4月期间, 工业冷却水温度低于18℃。因此全年可以使用冷却水进行冷却的时间为6个月。在水冷机组运行的5月到10月期间, 还可根据室外气象条件, 灵活调整水冷冷水机组部分负荷运行, 降低运行能耗。因此折合全年水冷冷水机组开机时间约为160d, 耗费电量约124725k W·h。

该系统具有如下特点:

(1) 冷却效果理想, 运行安全稳定;

(2) 通过排出部分柜内高温空气, 可降低室内冷负荷, 减小系统规模, 降低投资;

(3) 在冬季及过渡季节使用工业冷却水进行冷却, 全年运行能耗低;

(4) 引入部分室外新风, 可提高室内空气质量, 并在过渡季节利用新风冷量进一步降低运行能耗;

(5) 如果电气室能与其它综合楼等空调用户合用冷水机组, 利用钢铁企业多余蒸气, 采用溴化锂吸收机组, 则空调能耗或能进一步降低。

3 方案比较

2种方案的技术经济综合比较, 汇总见表3。

从初投资来看, 单元式空调机组方案要比组合式空气处理机组方案节省5万元。但从运行费用上来看, 组合式空气处理机组方案将比单元式空调方案少3.6万元/年, 在1年半的时间内即可收回设备投资成本。显然, 从总费用的角度来考虑, 组合式空气处理机组方案将比单元式空调机组方案更优。

4 结语

根据国家建设节约型社会的要求, 属于节能节电设备的变频器必将会在各行各业得到广泛的应用, 相应的为其设计一个合理节能的空调系统, 可为变频器整个运行使用过程中的节能创造有利的条件。

在本工程中, 与单元式空调机组方案相比, 组合式空气处理机组方案集中向电气室送冷风, 排出变频器柜内部分高温空气, 在冬季和过渡季节使用工业冷却水来冷却, 系统全年运行能耗可以降低约27.5%, 节能效果显著, 值得同类型工程借鉴参考之。

参考文献

[1]刘军祥.两种高压变频器冷却方式的经济性对比分析.变频器世界, 2008 (6) :47-48.

高温风机的高压变频器改造 篇9

1 原风量控制系统使用情况

原风量控制系统所需要的风量由高温风机提供, 由液力偶合器调节转速, 液力偶合器在使用过程中, 不仅使电动机的出轴效率降低8%~10%之外, 使用条件也较苛刻, 需另设大面积单独的水式冷却器进行设备降温, 而且还需要电动执行器来推动勺杆调节转速, 从而带来较多的故障点及故障隐患。另外原高温风机电动机在启动时, 电流高达额定电流的5~7倍, 对开关电路冲击较大, 且当产量提高到1 700t/d时, 电流达到88A, 电动机定子温度达到120℃以上, 需要外接吹风机进行冷却, 所需辅助冷却的设备及资源投入也相应增大。

2 项目改造情况

2.1 改造所需设备配置情况

根据实际生产及变频器与负载匹配情况, 选用高温风机电动机及高压变频器情况见表1和表2, 同时针对新电动机配置了GN19-12 (C) Q/400-12.5型大容量户内高压隔离开关。

2.2 设备改造情况

改造前期, 跟踪电气备件材料的到货情况, 实施电缆敷设、现场系统设备所需专用房的设计等工作。根据变频器和电动机距离要尽量短, 以减小电缆对地电容、减轻干扰的原则, 及公司现场实际环境, 另建设备专用房, 距控制柜较近, 方便动力电缆敷设。由于高压变频器冷却方式是风冷, 空气流通量较大, 为有足够的通风冷却效果, 在变频器的散热风机加装了引风管, 引出室外通风, 保证变频器整体冷却通风要求。安装时, 将液力偶合器拆除, 变频器与电动机直连, 拆除了原水式冷却器, 高压变频启动时间可调, 更为灵活方便, 实现平滑启动。

3 电器控制改造情况

1) 电缆的敷设

原电动机高压电缆作为变频器电源线, 另敷设变频器到电动机的高压电缆。

2) 控制柜的设置

(1) 保持高压控制柜控制回路不变, 作为变频器的进线电源控制柜;

(2) 采用DVP微机保护装置实现中压断路器控制系统电源失压保护;

(3) 接入变频器控制信号, 并将中压控制柜状态信号送给变频柜。

3) DCS系统新建控制方式

(1) 取消原高温风机及液力偶合器相关信号的控制程序, 建立与变频器的通讯并重新改写程序;

(2) 对DCS系统增加变频器的控制回路, 信号有:备妥、运行、驱动、报警、频率给定、转速反馈;

(3) 对高温风机电动机电流保持不变, 采用原有信号;

(4) 风机的启动分成两步进行:先启动进线电源控制柜, 给变频器送电, 后启动变频器。

4) 现场改动

(1) 拆除液力偶合器油泵、执行器、压力信号、温度信号、转速信号等接线;

(2) 另选备用抽屉柜增加空气开关, 引出变频柜、整流变压器和旁路开关柜的电源;

(3) 启动方式是“远程”, 本机具有显示电流和转速功能;UPS电源也从本低压柜内引出, 通过端子引入高压变频柜。电动机主线路见图1。

4 节电效果

从2011年1月开始到改造完毕、试车成功, 仅用了20多个小时, 一次顺利投入使用。目前该系统运行稳定, 当熟料产量为1 700t/d时, 风机运行电流由原来的88A降到70A (约为新电动机额定电流的53.8%) , 每小时可节约电量167k Wh, 窑系统运转率一年按300d, 电费按0.62元/k Wh计算, 高温风机年可节约电费近75万元, 预计10个月即可收回成本, 不仅节约了能耗, 还大幅度提高通风量, 为产量提升创造条件。

5 变频改造总结