高压变频节能技术

2025-01-18

高压变频节能技术（共9篇）

高压变频节能技术篇1

随着节能减排、保护环境、提高工艺水平建设节能性社会日益深入人心, 高压大功率变频调速技术的日益成熟, 变频调速技术在得到了广泛的应用, 特别是在风机主要设备上应用比较普遍, 由于风机的风量随着外界情况不断变化, 因此设备不可能总保持在一个高效工作点运行, 需要进行控制。为使风机能够运行在其特性曲线的高效区, 过去多采用阀门控制与挡板控制, 效果不能令人满意。近年来, 我国年工业生产总值不断提高, 但是能耗比却居高不下, 工业设备的高能耗比已成为制约我国经济发展的瓶颈, 因此利用变频调速技术进行风机电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

1 变频调速原理

1.1 变频调速技术及节能原理

变频调速节能原理:变频调速是通过改变输入到交流电动机的电源频率, 从而达到调节交流电机转速的目的。根据流体力学的基本定律可知:风机或水泵类的设备均属平方转矩负载, 其转速N与流量Q、扬程H以及轴功率P具有以下关系:

式中, Q1、H1、P1分别为风机 (或水泵) 在N1转速时的流量、扬程、轴功率;Q2、H2、P2分别为风机 (或水泵) 在N2转速时的流量、扬程、轴功率。由公式 (1) ~ (3) 得知:风机 (或水泵) 类设备流量与转速成正比、扬程与转速平方成正比、轴功率与转速三次方成正比。当风机 (或水泵) 的转速降低时, 其轴端所需的电功率则大大降低, 如转速降低1/2时, 则轴端所需的电功率则降低1/8, 这也是为什么变频调速在节电应用上十分显著的原因。

1.2 高压变频器的技术特点

高压变频器国内多数采用变频器串联的方式实现高压变频控制, 为多电压源叠加型。其结构是:6k V (或10k V) 输入, 经变压器降压、移相得到中压, 再经过二极管实现多脉冲整流、稳压, 再经IGBT逆变、电压叠加得到6.3k V (或10k V) 高压交流电源, 实现变频控制目的。高压变频器采用交—直—交方式, 主电路开关元件为IGBT。变频器采用功率单元串联, 叠波升压, 充分利用低压变频器的成熟技术, 因而具有很高的可靠性。

1.3 高压变频器的拓扑结构图

高压变频器的拓扑结构图如下:

6k V系列:由15个或是18个功率单元构成, 每5个或是6个功率单元串联成一相, 三相Y接。

10k V系列:由27个功率模块组成, 每9个功率模块串联成一相, 三相Y接。

2 高压变频器的节能应用

本应用采用高压变频器对送风机进行改造, 以下用#1送风机为例计算其节能效果。

2.1 #1送风机设备主要参数

#1送风机参数如表1所示;配套电机参数如表2所示;单位电价为0.45元/k W·h。

2.2 工频状态下的年耗电计算

送风机工频功耗:

式中, Pd—电动机功率, k W;

U—电动机输入电压, k V;

I—电动机输入电流, A;

cosφ—功率因子。

式中, Cd—年耗电量值, k W·h;

T—年运行时间, h。

1) #1送风机重载时工频功耗:Pd1=1.732×6×17.5×0.85=154.58k W

累计年耗电量:Cd1=4015×154.58=620638k W·h

2) #1送风机轻载时工频功耗:Pd2=1.732×6×17×0.85=150.16k W

累计年耗电量:Cd2=4745×150.16=712509k W·h

3) #1送风机工频总功耗

年总耗电量:Cd=Cd1+Cd2=620638+712509=1333147k W·h

计算结果表明, #1送风机采用工频运行时, 每年耗电量约为133.31万度电。

2.3 变频状态下的年耗电计算

根据流体力学公式, 风压H和电机轴功率P之间关系为:

1) #1送风机重载时变频功耗

将P2值260k W、H1值3700Pa、H2值6490Pa、代入公式 (6) 可得变频情况下的电机功耗:

根据P1=Pb×ηb×ηd, 得送风机重载时变频器功耗:

式中, ηb—变频器效率, %;

ηd—电机效率, %。

送风机重载时累计年耗电量:Cb1=T×Pb1=4015×103.54=415713k W·h

2) #1送风机轻载时变频功耗:

将P2值260k W、H1值3200Pa、H2值6490Pa、代入公式 (6) 可得变频情况下的电机功耗:

送风机轻载时变频功耗:

送风机轻载时累计年耗电量:Cb2=T×Pb2=4745×77.45=367500k W·h

3) #1送风机变频总功耗:

年总耗电量:Cb=Cb1+Cb2=415713+367500=783213k W·h

计算结果表明, #1送风机采用变频运行时, 每年耗电量约为78.32万度电。

2.4#1送风机节电计算

年节电量:万度电

节电率:

年可节约电费:54.99×0.45=24.75万元。

3 结语

采用高压变频器对送风机的改造, 不仅取得良好的节能效果, 而且设备运行稳定, 安全可靠, 电动机实现了真正的软启动、软停运;延长了电机、风机及水泵的使用寿命和维修周期, 提高了风机及水泵的利用效率。

高压变频节能技术篇2

高压变频技术在电弧炉除尘系统中的应用

在分析电弧炉设备的运行现状和研究电弧炉除尘系统特点的基础上,通过采用高压变频器在炼钢厂除尘系统改造中的.应用实例,介绍了高压变频技术在炼钢厂电弧炉除尘系统中实现节能降耗,提高自动化控制水平方面的应用效果.

作者：卫永锋作者单位：山西太钢不锈钢股份有限公司装备部刊名：电工文摘英文刊名：ELECTRICIAN ABSTRACTS 年，卷(期)： “”(3) 分类号：关键词：高压变频技术电弧炉除尘风机节能

对高压给水泵变频技术的分析篇3

关键词给水泵;变频技术;刀闸;节能

中图分类号TM621.9文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0130-02

1锅炉简介

1.1锅炉结构

锅炉为三压强制循环无补燃余热锅炉;锅炉采用塔式布置,全悬吊管箱结构;它由入口烟道、锅炉本体受热面管箱、出口烟道及烟囱、钢架、平台扶梯、高压锅筒、低压锅筒、除氧器及水箱、强制循环泵等组成。其中锅炉本体受热面管箱由高压过热器管箱,高压蒸发器(1)管箱,高压蒸发器(2)管箱,高压省煤器(1)及低压过热器管箱,高压省煤器(2)管箱,低压蒸发器管箱,高压省煤器(3)低压省煤器管箱,除氧蒸发器管箱,凝结水加热器管箱,总共9个管箱组成。锅炉钢架中心落地尺寸为30.3*14米,顶部标高30.5米,高压锅筒中心线标高24.8米,低压锅筒中心线标高32米,除氧水箱中心线标高为32.5米,烟囱出口标高60米。

1.2除氧系统

由汽机来的凝结水进入凝结水加热器加热,再进入除氧器,经过除氧后进入水箱,水箱水由除氧热水循环泵打入除氧蒸发器,吸热后成为汽水混合物回到分离器进行汽水分离,分离下来的水回到水箱的水空间,饱和蒸汽则通过蒸汽管道被送到除氧器,供除氧用。

1.3高压汽水系统

除氧水箱的水经高压给水泵加压经过给水调节门节流调节后依次进入高压省煤器(3)、高压省煤器(2)、高压省煤器(1),接近饱和温度的水进入高压汽包,汽包内的水经过下降管,强制热水循环泵后,在高压蒸发器(2)、(1)内受热后成为汽水混合物回到汽包,在汽包内的分离器中进行汽水分离后,分离出来的水回到汽包的水空间,饱和蒸汽则通过饱和蒸汽引出管被送到高压过热器。饱和蒸汽在过热器内继续被加热成为过热蒸汽,然后经过减温器调节到规定温度后,经过高压主蒸汽管被送到汽机做功。

2高压给水泵变频技改介绍

2.1技改前

2.1.1锅炉高压给水泵及电机有关参数

2.1.2#1炉高压给水泵技改前主电路(如图1)。

1#炉2#高压给水泵1#炉1#高压给水泵

图1

通常运行状况:在DCS上直接合开关6103或6104起动高压给水泵,通过高压给水调节阀节流调节给水流量(泵出口压力9.5MPa,节流调阀后压力5.8MPa),给水节流损失较大且高压给水泵定速运转,电能消耗大。

2.2电气方面

2.2.1高压给水泵及电机参数不变

2.2.2给水泵调速的改造

#1炉高压给水泵采用了广州智光电气股份有限公司的Zinvert型高压变频调速系统进行给水泵调速的改造,变频器的型号为A6H900/06Y。

2.2.3变频系统结构

采用功率单元串联技术,解决了器件耐压的问题,级间SPWM信号移相叠加,提高了输出电压谐波性能,降低输出电压的dv/dt;通过电流多重化技术降低输入侧谐波,减少对电网的谐波污染。主控器采用双数字信号处理器(DSP),超大规模集成电路可编程器件(CPLD和FPGA)为核心,配合数据采集,单元控制和光纤通信回路以及内置可编程器(PLC)构成系统控制部分。

2.2.4就地变频房里高压变频调速系组成部分

整流变压器柜,功率控制柜,旁路柜组成。

2.3热工DCS上的组态

变频器通过硬接线和DCS系统连接,DCS以给水调节阀开度信号(4-20mA)输入到变频器,由变频器实现对给水泵电机转速进行调节,满足给水系统运行需要。#1炉控制柜通过硬接线接收变频器输出的“变频器运行”、“变频器停止”等开关量信号。当变频器运行时给水调节阀全开,实现变频控制方式。当变频器因故障停运时给水调节阀回关到30%(三冲量调节时开度),防止因变频器故障后备用给水泵启动时由于调节阀全开导致汽包水位过高。控制方式切换到调节阀控制方式。控制示意图2:

当变频器运行时AS3=“1”,选择AS2“100%开度信号”给水调节阀全开,变频器接收DCS三冲量给水调节信号实现变频控制方式。

当变频器跳闸时AS3=“0”,BS3=“1”选择AS1、BS2“30%开度信号”给水调节阀开度为30%,20秒钟后BS3=“0”选择BS1“三冲量给水调节信号”切换到调节阀控制方式,操作员把给水调节阀投自动,则可以实现三冲量给水自动调节功能。通过组态在#1炉系统画面上可监视变频器“变频器运行”、“变频器停止”、“变频器故障”、“工频旁路状态”、“就地状态”等开关量信号;可对变频器进行起停、紧急停、复归等操作。

给水泵变频操作(以#1高压给水泵为例)。

图2

2.3.1冷态、热态起动变频器

1)在给水变频操作画面操作“#1高压给水泵变频允许”标把,确认#1高压给水泵变频。

2)在给水变频操作画面操作“选择#1高压给水泵变频”标把,选择#1高压给水泵变频。

3)在给水变频操作画面操作“#1高压给水泵运行”标把,合高压给水泵电机高压开关。

4)在给水变频操作画面操作“变频器远方启动”标把,启动变频器。

5)在给水变频操作画面操作“高压给水调节阀”标把,手动操作高压给水调节阀开至100%开度;也可以投入“自动”,高压给水调节阀自动开至100%开度。

6)在给水变频操作画面操作“变频器手/自动”标把,设定变频器初始频率为28HZ对应56%(热态),冷态初始频率为5HZ左右,观察汽包水位和给水流量情况,逐渐增加变频器的频率给定值,当机组满负荷时频率给定值约为41.5HZ左右。待水位平稳后选“变频器自动”标把,设定高压汽包水位目标值为0mm。

7)把#1、#2高压给水泵投“自动”,投入开关“联锁”。

2.3.2运行过程中变频切工频

1)当变频器故障停运时,高压给水调节阀自动回关到30%并到切手动方式,同时备用泵自动起,运行人员应根据高压汽包水位实际情况手动操作高压给水调阀。待高压汽包水位稳定后再投自动,切换到工频自动运行方式。

2)当高压汽包水位低于-150mm时,高压给水备用泵自动起,同时高压给水调节阀自动回关到30%保持不变并切手动;运行人员应根据高压汽包水位实际情况手动操作高压给水调阀。

2.4运行参数比较

2.5故障介绍

变频器投运以来2010年1月12日两次来“远方启停报警”的轻故障,就地有“过流速断报警”后对软件升级解决;2010年3月5日来“变频器故障报警”高压给水泵由变频切到另一台泵工频运行,因功率单元故障及风扇故障引起运行的泵开关跳掉,后经厂家处理正常。

3结语

浅析高压变频器节能技术应用发展篇4

我国的电动机用电量占全国发电量的60%~70%, 风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是传统的方法是通过挡板、阀门地截流消耗的功率大, 而且通常在设计中, 电机设计的容量比实际需要高出很多, 存在“大马拉小车”的现象, 效率低下, 造成电能的大量浪费。因此推广交流变频调速装置效益显著。

二、变频技术的降耗节能原理

1、变频节能

由流体力学知道, n=60f (1-s) /p, 电机转速n正比于运行频率。而风量Q与转速的一次方成正比, 风压H与转速的平方n2成正比, 电机轴功率P与转速的三次方n3成正比 (流量Q∝n, 压力H∝n2, 电机功耗N∝n3) , 因此当风量减少, 风机转速下降时其功率降低很多。如流量有100%下降到50%, 则转速相应降到50%, 压力降到25%, 而电机功耗降到12.5%, 也就是节约电能87.5%。通过以上分析风机由节流调节改变频调节节能效果显著。如果水泵的效率一定, 当要求调节流量下降时, 转速N可成比例的下降, 而此时轴输出功率P成立方关系下降, 即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。

2、功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热, 更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低, 大量的无功电能消耗在线路当中, 设备使用效率低下, 浪费严重, 由公式P=S×COS中, Q=S×SIN中, 其中S—视在功率, P—有功功率, Q—无功功率, COSΦ—功率因数, 可知COS中越大, 有功功率P越大, 普通水泵电机的功率因数在0.6~0.7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, COSΦ≈1, 从而减少了无功损耗, 增加了电网的有功功率。

3、软启动节能

由于电机为直接启动或Y/D启动, 启动电流等于 (4~7) 倍额定电流, 这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击, 而且还会对电网容量要求过高, 启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大, 对设备、管路的使用寿命极为不利。使用变频节能装置后, 利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始, 最大值也不超过额定电流, 减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求, 延长了设备和阀门的使用寿命, 节省了设备的维护费用。

三、变频技术在风机、水泵降耗节能改造中的应用

1、采用变频调节后, 通过调节电机转速实现节能;转速降低, 主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻, 维护周期、设备运行寿命延长;变频改造后风门开度可达100%, 运行中不承受压力, 可显著减少风门的维护量。在使用变频器过程中, 只需定期对变频器除尘, 不用停机, 保证了生产的连续性。从实际改造情况看, 采用变频调速后, 运行与维护费用大大降低。

2、采用高压变频改造后, 电机实现软启软停, 启动电流不超过电机额定电流的1.2倍, 对电网无任何冲击, 电机使用寿命延长。在整个运行范围内, 电机可保证运行平稳, 损耗减小, 温升正常, 无任何附加的异常振动和噪音。

3、智能高压变频调速系统适应电网电压波动能力强, 电压工作范围宽, 电网电压在-35%~+15%之间波动时, 系统均可正常运行。电源侧的功率因数可提高到0.95以上, 大大的减少无功功率的吸收, 进一步节约上游设备的运行费用。变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能, 提高了风机、水泵运行的可靠性。

四、风机、水泵高压电机变频调速改造应注意的问题

1、利用变频调节技术无疑要在原有的回路中加装一套变频调速设备, 也就增加了一个设备故障点, 该产品性能的好坏, 将直接影响着机炉的安全稳定运行, 因此变频器的性能选择至关重要。我们在选择时除了考虑一些常规的性能指标外, 还着重注意了以下几点:设计上是否相对有其特点, 选用的元件是否稳定、成熟;产生的谐波分量是否符合有关标准;电源短时中断恢复时对其影响程度;个别元件故障时能保持短时间的运行等功能。

2、变频器工作环境的基本要求

由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件, 其开、关频率大干100HZ, 易形成高次谐波电流, 使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇, 它将柜内的热量排放到室内, 使室内的环境温度不断升高, 最终会影响柜内各器件的可靠运行。所以, 在电厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内, 室内必须安装备用空调设施, 控制室内环境温度在变频器所要求的范围内, 同时设有通风门窗, 必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。

五、变频器技术的节能效益

显性效益就是指节电效益, 采用变频调速器来调节流量、风量, 应用变频器节电率为20%~50%。隐性效益主要体现: (1) 实现了电机的软启软停, 消除电机启动电流对电网的冲击, 减少了启动电流的线路损耗; (2) 消除了电机因启停所产生的惯动量对设备的机械冲击, 大大降低了机械磨损, 减少设备的维修, 延长了设备的使用寿命;

六、总结

综上所述, 变频调速技术用于风机、水泵辅机设备中应用是相当成功的, 不仅可以取得相当显著的节能效果, 在大力提倡节约能源的今天也是一种有效的途径, 同时也改善了辅机设备的使用寿命和自动控制水平, 而且也得到国家产业政策的支持, 对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。

摘要：随着变频调速技术的发展, 作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛的应用。高压电机利用高压变频器实现无级调速, 从而满足生产工艺对电机调速控制的要求, 很大程度节约能源, 降低了生产成本。

关键词：变频技术,节能,应用

参考文献

[1]吴忠智、吴加林:《变频器应用手册》, 机械工业出版社。

[2]韩安荣:《通用变频器及其应用》, 机械工业出版社。

高压变频节能技术篇5

水泥生产中电动机负载电耗占成本近30%, 而拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重, 对一条水泥生产线, 其中有25%~30%的电能是用于拖动各种类型风机上, 因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。

目前我国水泥厂工艺生产线中有许多大型风机, 包括窑尾高温风机、循环风机、窑尾排风机、窑头排风机、煤磨排风机, 以往这些设备大多采用异步电动机拖动定速运行, 电动机容量按最大负载来选择。而上述五大风机在正常生产时并不用以全速运行, 采用传统风门调节转差损耗大、效率低, 造成资源浪费。例如原来窑尾高温风机都采用液力耦合器加液体变阻器的起动调速方式, 由于液力耦合器调速范围窄, 过大的调速比会引起工作介质发热严重, 同时效率下降, 经常无法正常工作。而采用变频调速可以合理地调整电机的转速, 大大提高电动机的效率, 减少运行成本和降低设备运转中的故障率。

2 设备技术参数

河北燕赵水泥有限公司5000t/d生产线五台大型风机全部采用高压变频控制装置。生产线投产两年来, 该装置一直运转良好。

高压电机及风机技术参数见表1、2。

根据上述技术参数, 河北燕赵水泥有限公司工程选用北京某公司的高压变频设备, 技术参数见表3。

3 本工程采用的高压变频器的特性

3.1 高质量电源输入

变频设备对电网的谐波污染主要取决于整流电路的结构和特性, 目前减少电网谐波污染的主要方式有两种:多重化整流和PWM整流。通常单元串联多电平高压变频器整流脉冲数较多, 对电网谐波污染较小。

本工程变频装置采用输入侧隔离变压器二次线圈经过移相, 为功率单元提供电源, 对6k V而言, 相当于30脉冲二极管整流输入, 消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流, 大大抑制了网侧谐波 (尤其是低次谐波) 的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE 519-1992《电源系统谐波控制推荐规程和要求》和GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》对谐波含量的最严格的要求, 无需安装输入滤波器即可保护周边设备免受谐波干扰。

变频器额定输入功率因数大于0.96, 无需功率因数补偿电容, 减少无功输入, 降低供电容量。

3.2 完美的输出性能

变频设备输出谐波对电机的影响主要有:引起电机附加发热, 导致电机额外升温, 电机往往要降额使用, 谐波还会引起电机转矩脉动, 噪音增加。dv/dt和共模电压会影响电机绝缘。

本工程变频器采用的是单元串联脉宽调制叠波 (或称功率单元多重化) 输出, 6k V系列每相6个单元, 大大削弱了输出谐波含量, 输出波形为几近完美的正弦波。高压变频装置具有以下优点:

·无需输出滤波装置;

·可以驱动普通高压电动机, 而不会增加电机温升, 降低电机容量;

·电机电缆无任何长度限制;

·保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害;

·不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。

3.3 友好的用户界面

(HIVERT) 变频装置采用全中文LCD显示, 面板轻触按钮直接操作, 更适合国人使用习惯。

·全中文文字表述, 易学易用;

·大屏幕显示, 没有烦琐的参数代码号, 参数设置准确、直观、便捷;

·运行参数同屏显示, 一览无余;

状态显示;

·可记录保存多达十个历次故障;

·闭环运行时PID参数可在线调整。

3.4 其他特性

·高可靠性;

·高效率, 在额定工况下, 系统总效率高达96%以上, 其中变频部分效率>98%;

·功率单元模块化结构, 可以互换;

·限流功能;

·旋转启动功能;

·输出电压自动调整;

·瞬时停电功能;

宽广的输入电压范围, 更适合国内电网条件;

·功率单元光纤通讯控制, 完全电气隔离;

·内置PID调节器, 可实现闭环运行;

·隔离RS485接口, 采用MODBUS通讯规约;

具有本地、远程、上位等三种控制方式;

·全面的故障监测电路、及时的故障报警和保护、准确的故障记录。

同时针对水泥行业连续运转的生产需要, 变频器设备厂家还为每台变频器增设了工频旁路的设计, 通过自动旁路柜与DCS之间的互相连动, 在系统检测到变频器故障后, 通过DCS控制将变频器直接切换到工频状态下运行, 待变频器维修完成后, 通过飞车启动功能, 在不需要停机的情况下自动跟踪风机转速, 将变频器调到相应的频率投入运行, 保证整个生产过程不间断。

4 节电及效益分析

4.1 高温风机

根据实际运行情况采集到的相关参数见表4。

不使用变频调速高温风机正常工作时转速为993r/min左右, 电机电流为258.1A, 阀门开度给定为90%。

风机电机所消耗的有功功率为:

高温风机使用变频调速正常工作时转速为830r/min左右, 电机电流为245A, 阀门开度100%。

风机电机所消耗的功率:

变频器的输入功率为:

风门调节时电机的输入功率与变频器输入功率比较, 节约的电功率: