高壓變頻器在化工廠主風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

1、高壓變頻器在化工廠主風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用摘要：本文介紹了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在某化工廠主風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明，采用國(guó) 產(chǎn)高壓變頻器對(duì)化工廠主風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)能效果非常明顯，并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安 全可靠性，改善了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。關(guān)鍵詞：高壓變頻 風(fēng)機(jī) 節(jié)能Application of High Voltage Inverter in Chemical PlantAbstract: This paper introduces the application of high voltage inverter in Chemical Plant. The result shows that t

2、he power plant can acquire obvious benefit by using high voltage inverter, such as saving a lot of energy, improving the reliability of the system, and the operating life of the motor.Keywords: High Voltage Inverter,Fan, Energy Saving1、引言某化工廠有一臺(tái)6300kW/10kV主風(fēng)機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)方式采用水電阻啟動(dòng)。工藝 要求的風(fēng)量根據(jù)進(jìn)料量進(jìn)行調(diào)節(jié)，沒(méi)有全負(fù)荷生產(chǎn)，

3、若生產(chǎn)量大，進(jìn)風(fēng)口擋板開(kāi) 大。根據(jù)產(chǎn)量高低，風(fēng)門開(kāi)度僅控制在3035%左右。由于采用進(jìn)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)， 大部分的能量都被消耗在擋板上了，且擋板的開(kāi)度越小則耗能就更多。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，加上能源供應(yīng)緊張和能源 價(jià)格不斷攀升，企業(yè)采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 已是大勢(shì)所趨。因此，化工廠對(duì)給主風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，改用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào) 速。2、主風(fēng)機(jī)變頻改造方案2.1變頻器選型一般情況下，變頻器容量應(yīng)不小于電動(dòng)機(jī)容量，這樣能滿足電機(jī)在額定出力 內(nèi)進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。但在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工作中，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況來(lái)選擇合適的 變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省變

4、頻器投資及減少配套設(shè)施。主風(fēng)機(jī) 電機(jī)為10kV/6300kW電機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)存在一定裕量。為了滿足50Hz時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行要 求，我們?yōu)槠渑鋫淞巳萘繛?000kVA的變頻器以滿足各種工況下不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的 要求。2.2系統(tǒng)方案對(duì)熱電廠給水泵變頻的改造遵循了 “最小改動(dòng)，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性” 原則，考慮到變頻器退出運(yùn)行后，為了不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，配置工 頻旁路，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將電機(jī)投切到工頻下運(yùn)行。（系統(tǒng)主回路電氣原 理圖如圖1所示。）10kV 母 線用戶開(kāi)關(guān)QF111變頻器1Qr10kV電機(jī)3PH10KVAC移相變壓器原水電阻啟動(dòng)裝置圖1高壓變頻調(diào)速裝置主回路（一拖一）方案變頻器一次

5、回路由2個(gè)高壓真空斷路器QF1QF2和原有設(shè)備組成10kV電 源經(jīng)高壓斷路器QF1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)真空斷路器QF2送至電動(dòng) 機(jī)，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行；10kV電源還可經(jīng)原有水電阻啟動(dòng)裝置直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)， 電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行。QF2與原有水電阻啟動(dòng)裝置電氣閉鎖，旁路柜系統(tǒng)滿足“五防” 聯(lián)鎖要求。高壓開(kāi)關(guān)QF11、原有水電阻啟動(dòng)裝置與電動(dòng)機(jī)為原有設(shè)備。3、高壓變頻器的組成和原理高壓變頻器是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，無(wú)電網(wǎng)污染的調(diào)速系統(tǒng)，采用的結(jié)構(gòu)為多 單元串聯(lián)，輸出為多電平移相式PWM方式。特別適合于風(fēng)機(jī)、泵類工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)， 已經(jīng)被廣大工業(yè)用戶接受和充分認(rèn)可。本項(xiàng)目為10kV系列，變頻器主電路結(jié)構(gòu) 見(jiàn)

6、圖2。單元A1單元BT網(wǎng)“單元A2二 單元B2 TOC o 1-5 h z 元A3_廣 | = 單元B3：元A4 I 二一-4M 一I單元B4口單元A5口單元B5元A6_L_,.單元B6七應(yīng)元A7I|、 I；單元B7書(shū) 單元A8單元b81 單元A9 I廣單亓9單元10 I單元B10圖2高壓變頻器主電路原理圖3.1功率單元電路圖3功率單元電路原理圖每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其主電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，為基本的 交-直-交電路，圖中通過(guò)三相全橋方式整流，整流后給濾波電容充電，確定母線 電壓，通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)逆變。功率單元輸出波形：存圖慢格式關(guān)于 存圖像 選擇 文件

7、夾 儲(chǔ)存SAWE_nEC動(dòng)作M Poi! B OOQs圖4功率單元輸出波形3.2輸入側(cè)移相變壓器輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，每個(gè)功率單元都承受電機(jī)電流、1/10 的相電壓、1/30的輸出功率。30個(gè)單元在變壓器上都有自己獨(dú)立的三相輸入繞 組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接 法，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。本機(jī)中移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成60脈沖整流方式；這種多級(jí) 移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù) 接近1，輸入電流諧波成分低。實(shí)測(cè)輸入電流總諧波成分小于3%,低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 3.3輸出側(cè)結(jié)構(gòu)髯（三

8、嚴(yán)輾嗥* JrnLg：-: . 1,1 HV I pl | 圖510個(gè)單元輸出波形疊加圖輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通 過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖5所示的階梯PWM波形。這種波 形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可 以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)， 電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī) 械應(yīng)力。4、節(jié)能分析電動(dòng)機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)：P6300kW，UN=10kV，I416.4A，cos =0.85，n=0.95 且電機(jī)運(yùn)行情況為每天在150

9、A運(yùn)行10小時(shí)，200A運(yùn)行10小時(shí)，300A運(yùn)行4 小時(shí)。電機(jī)運(yùn)行在150A時(shí)節(jié)約電能為：未改造前，系統(tǒng)輸入功率為：P = 3U I cos6 =氣百 X 10X 150X0.85=2208.3(kW) 1N當(dāng)實(shí)際運(yùn)行電流I=150A時(shí)，由于負(fù)載率B= P/Pn=V3UnI cos6n/PN則我們可以通過(guò)運(yùn)算得到風(fēng)機(jī)的負(fù)載率B=1.732 X 10 X 150 X 0.85 X0.95/6300=0.333=33.3%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下利用風(fēng)門開(kāi)度調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，33.3%的負(fù)載時(shí)風(fēng) 機(jī)的風(fēng)量約為33%左右。進(jìn)行變頻調(diào)速改造后，風(fēng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為n=33%n 0風(fēng)機(jī)消耗功率P2=PNX(

10、n/ n0) 3=6300X0.333=226.4 (kW)?？紤]到變壓器 及變頻器功率器件等做功引起的電能損耗約20%，即：P2= P2X 1.2=271.68 (kW)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后，功率節(jié)約為：P1 P2208.3-271.68=1936.62 (kW)，即每小時(shí)可節(jié)電 1936.62 度；同樣可得電機(jī)在200A及300A運(yùn)行時(shí)每小時(shí)節(jié)約電能為2304.4度及 2243.13 度。故每天節(jié)約電能為：1936.62*10 + 2304.4*10 + 2243.13*4 = 51382.72 度若按全年統(tǒng)計(jì)，節(jié)能效果非常顯著。同時(shí)，主風(fēng)機(jī)的無(wú)功耗能亦大幅降低， 這里不再一一計(jì)算。并且變頻運(yùn)行后擋板全開(kāi)，電機(jī)基本保持在高效點(diǎn)，運(yùn)行效 率也大大提