高压变频改造案方磨.doc

YTL浙江临安金圆水泥有限公司风机变频改造方案 编 制： 电 气 部 审 核： 批 准： 浙江临安金圆水泥有限公司电气部二零零八年十二1项目建议改造方案1.1 概况在我国由于设计上的原因，高压电动机往往存在“大马拉小车”的现象，在某些场合即使裕度选得不是很大，但存在负荷波动较大的情况，由于电动机不能跟着负荷的波动进行调节，能源被大量浪费，并且造成了严重的环境污染。我国相关部门已充分认识到能源的紧迫性以及因为能源紧缺所面临的社会问题，近年来国家出台一系列相关政策，鼓励各企事业单位采用低能耗型产品和采取积极手段进行节能技术改造。据不完全统计，我国一些电厂在采用高压变频技术对高压电动机进行节能技术改造后产生了明显的经济效益，厂用电率明显下降，起到了较好的节能效果，同时由于采用变频调节技术，主体设备转速降低，设备的磨损少，进一步延长了设备的寿命。1.2改造项目介绍 我公司自2006年以来，投入760余万元对大型风机实施了高压变频节点改造，改造后取得了很高的经济效益和社会效益，其中包括1#水泥磨循环风机。由于当时2#辊压机没有安装,因此，2#水泥磨循环风机没有使用。目前2#辊压机已经投入运行，在对2#水泥磨循环风机进行测算后发现，该风机存在较大的节电空间。1.3运行工况介绍2#水泥磨循环风机电机参数额定功率：355kW额定电压：10kV额定电流：27A额定功率因数：0.8运行参数运行电流：17.4A档板开度: 651.4 运行工况分析在实际运行时，由于采用挡板调节，大部分的能量都被消耗在挡板上了，且挡板的开度越小则耗能就更多。在一般情况下 ，采用挡板调节的风机其实际消耗功率与风量大致成正比，与风门的开度也大致成正比，从上述表格中的风门开度及电流参数也可以看出这一点。对运行情况进行分析，可以得出一下两点：（1） 风机实际风量约为额定风量的一部分，风机远离额定点运行，其实际运行效率很低。（2） 由于挡板的存在，消耗了很大一部分能量。1.5 改造建议挡板这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源为代价的。对于高压大功率电机，耗能则更大。当采用变转速调节时，其效率最高，因为风量随转速的一次方下降，而其轴功率则按转速的三次方规律下降，而目前性能最佳的调速方式则是国际上公认的交流变频调速技术。2系统电气改装方案2.1原系统方案原系统10KV高压开关柜至电机，电机与风机直接连接，通过风门挡板的开度来调节风量。2.2改造后系统方案2.2.1手动切换方式。如按手动切换方式改造，改造后变频装置与电动机的连接方式见图31。图31 手动切换方式接线图10kV电源经变频装置输入刀闸到高压变频装置，变频装置输出经输出刀闸送至电动机；10kV电源还可经输出刀闸切换直接起动电动机。一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧10kV开关及进出线刀闸，将变频装置隔离，切换输出刀闸，在工频电源下起动电机运行。输入刀闸、输出刀闸之间具有闭锁和防止误操作功能。2.2.2自动切换方式。如要求实现变频运行到工频旁路运行以及工频旁路运行到变频运行的自动切换功能，按一拖一的方式配置 （即一台高压变频调速系统拖动一台风机），其电气接线图如32所示。图32 自动切换方式接线图该方案在设计中考虑：1、刀闸K1、K2、K3无机械闭锁功能，只是在检修时由手动断开以形成明显的断开点，确保工作人员的安全。在工频和变频运行状况下均处于闭合状态。2、工频旁路接触器J3与变频进线接触器J1、变频出线接触器J2具备电气闭锁功能，不能同时闭合。3、在变频运行状况下， J1、J2闭合，J3断开。如需自动切换至工频运行，此时先停止变频器输出，再由电气控制依次断开J2、J1，然后闭合J3使电机切换至工频运行。4、在工频旁路运行状况下J3闭合，J2、J1断开。如需自动切换至变频运行，此时由电气线路控制先断开J3，然后依次闭合J2、J1，再启动变频器，完成由工频旁路运行到变频运行的自动切换。2.3 系统控制方案2.3.1 本地控制：利用系统控制器上的键盘、控制柜上的按钮、电位器旋钮等就地控制。2.3.2 远方控制：系统提供数字和模拟输入接口，由DCS或上位机实现控制。2.3.3 远方控制接口：2.3.3.1 变频调速装置可以提供的数字量输出(1) 报警及故障信息2路：（至控制系统，如DCS）变频器轻故障综合报警，变频器重故障综合报警轻故障综合报警包括：变压器轻度过热、单元柜风机故障、控制电源掉电、功率单元旁路、模拟信号断线、柜门非法打开等。变频器总故障综合报警包括：变压器超温、变频器过流、系统故障等。(2) 调速装置的状态信息5路：（至控制系统，如DCS）：待机状态、变频运行、停机状态、工频旁路/变频状态、就地/远方控制状态(3) 高压开关控制信号输出2路（至高压开关柜）：高压合闸允许、高压开关紧急分断。其中“高压开关紧急分断”除了给控制系统提供外，还直接提供给现场高压开关，直接实现跳闸保护。2.3.3.2 变频调速装置可以提供的模拟量输出2路：（至控制系统，如DCS）调速装置可以提供2路420mA/010V（可选）模拟输出，带负载能力均为400。一路代表变频装置输出频率或电机转速，420mA对应050Hz或0额定转速，呈线性关系。一路代表变频装置输出电流，420mA对应 0电机额定电流，呈线性关系。2.3.3.3变频调速装置需要的数字量输入5路：(1) 远端的控制信号：（来自控制系统，如DCS）变频器启动、变频器停机、紧急停机、远程复归。（说明：调速装置的“远程控制”和“本地控制”由调速装置选择，当给定远程控制时，调速装置的控制权交给控制系统）(2) 高压开关位置辅助接点：（来自高压开关柜）高压开关位置辅助接点，该接点为常闭接点（跳分闸位置时闭合），用于工频旁路柜刀闸的操作闭锁。2.3.3.4变频调速装置需要的模拟量输入1路：远程控制时有现场给定值：该给定值可以为420mA的电流源信号（带负载能力必须大于250），也可以为010V的电压源信号（负载能力必须大于10mA）。该给定值在远程控制时，作为调速装置的转速给定值，4mA20mA或0V 10V对应0Hz50Hz或0电机额定转速，呈线性关系。2.3.3.5本系统的外部的开关量输入接点要求全部为无源干接点；开关量输出的内部接点全部为无源干接点， 接点容量均为AC220V/5A；模拟量信号全部为420mA。2.4 变频调速系统安装方式高压变频调速系统体积大、对运行环境要求高，在项目建设或行业改造过程中，对现场空间及布局有一定要求。3.4.1 对于有些现场空间比较宽裕的用户我们提供户内一字排列的ZINVERT系列智能高压变频调速系统，如下图所示：（以上三台风机所配变频装置均为下图尺寸）图3-3ZINVERT-A9H800/10Y外形尺寸图图3-4ZINVERT-A9H800/10Y土建图2.4.2 对于现场布局不能满足高压变频调速系统的安装的用户，我们提供便捷箱式结构ZINVERT系列智能高压变频调速系统，满足项目建设及改造，节约现场空间节省项目费用。3 变频改造的节能分析3.1 变频调速节能原理 从流体力学的原理得知，使用鼠笼型感应电机驱动的风机，轴功率P与风量Q，风压H的关系为： 当电动机的转速由n1变化到n2时, Q、 H、 P与转速的关系如下: (1) (2)= (3)可见风量Q和电机的转速N是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80的额定风量时，通过调节电机的转速至额定转速的80，即调节频率到40赫兹即可，这时所需功率将为原来的51.2%。如下图所示，从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用调节门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积H2Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HBQ2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率Delt(P)与H2HBCB的面积成正比。考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机类通过调速控制可节能3060%左右。3.2 实施变频改造节能分析改造前工频运行功率计算公式： 其中：电机电压；电机电流；单一负荷下工频运行功率；单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数。其中：全年平均运行时间；单一负荷下的运行功率;这种负荷下的全年运行时间比例。改造后变频运行预计功率计算公式：其中：为改造后单一负荷下的变频运行功率；单一负荷的运行流量；为单一负荷的运行压力，单位为Pa；风机效率，改造后取效率最高值，一般为0.83；变频装置效率，一般为0.900.96。其中为改造后总耗电量。根据上述公式结合工况进行节能计算：3.2.1 2#水泥磨循环风机1#水泥磨循环风机改造前工频运行功率 1017.41.7320.77 232kW其中根据提供的数据，取运行功率因数0.77。2#水泥磨循环风机改造后变频运行预计功率适配风机的电机容量一般为风机的1.05-1.15倍。以下计算取1.05倍，功率参数取1。由节能原理风量与功率的关系=可知：=所以变频改造后风机平均功率为其中变频装置的效率取0.96。1#水泥磨循环风机节能比例 按当地0.54元/度电价和全年6000小时运行时间计算1#水泥磨循环风机每年节约电费约（232-113.8）60000.5438.3万元4变频调速其他附加好处：1. 由于采用变频调速后，风机经常工作在低转速下，因而大大减小了风机叶轮的磨损，减少了因风机振动和轴承的磨损。延长了风机的大修周期，节省