主扇对旋式通风机自动旁路技术方案10kV2500kW

技 术 方 案 时间：2010年10月目 录1.技术方案概述21.1 生产厂商概述21.2 HIVERT变频器的主要优势及特点32.变频器选型及性能特性6主要技术性能指标63.一次回路及保护7带隔离刀闸的自动旁路柜7外形尺寸84.二次回路及控制10控制方式11速度设置方式（或闭环运行时的给定方式）11对外接口125.可靠性保证12原理13元器件13质量保证体系136.供货范围14基本配置14备品备件14基本配置15备品备件15资料交付157.服务条款15151. 技术方案概述1.1 生产厂商概述北京合康亿盛变频科技股份有限公司是一家专业研发、生产、销售各种高压变频器的高科技企业，于2010年1月20日在深交所正式挂牌上市，证券简称“合康变频”，证券代码“300048”。公司成立于2003年，注册资本1.2亿元，净资产超过12亿元。公司现有员工超过500人，其中研发、技术人员约占30%，大专以上学历超过60%。公司凭借雄厚的技术实力、领先的生产工艺、显著的成本优势及高素质的管理团队取得了快速发展。目前公司已进入国内高压变频器行业前三名，国内企业排名第二，树立了国内领先的高压变频节能和控制专家形象，巩固了高性能高压变频产品国产化领先者的市场地位。 公司现有产品可细分为通用高压变频器和高性能高压变频器两大系列，应用领域涉及电力、矿业、冶金、水泥、石化、市政等行业，可实现对各类高压电动机驱动的风机、水泵、空气压缩机、提升机、皮带机等负载的软启动、智能控制和调速节能，从而有效提高工业企业的能源利用效率、工艺控制及自动化水平。 其中：通用高压变频器主要是通过调节电机转速实现节能目的，主要应用于电力、矿业、冶金、水泥等领域的风机、泵类传动控制；高性能高压变频器运用了矢量控制及能量回馈技术，与通用高压变频器相比，具备恒转矩、动态响应快、调速精度高、调速范围宽、快速制动等特点，并且可实现负载制动时能量反馈回电网，适用于矿井提升机、轧机、船舶驱动以及高速机车主传动等高端领域。 拥有自主知识产权的HIVERT高压变频器通过了国家电力科学研究院、国家电控配电设备质量监督检验中心等权威部门的严格测试。在质量保证体系方面，公司通过了ISO 9001 -2000认证，是国内首家获得国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心KY认证的高压变频器生产企业，同时也是高压变频器国家标准的主要参与制定与支持单位之一。HIVERT高压变频器拥有良好的运行业绩，在产品质量和服务方面深受用户好评，在诸多应用领域处于国内领先地位：2004年，大冶特殊钢集团第四炼钢厂7#电弧炉引风机1800kW变频器为国内当时投运容量最大的国产高压变频器之一；胜利油田海洋石油开发公司埕岛中心1号平台2#注水泵630kW变频器为国产第一台应用于海洋平台的高压变频器，打破了国外产品的垄断。2006年，随着风机、水泵类产品的完善，经过近两年的研究，攻克了矢量控制及能量回馈这两大技术难题，成功推出具备四象限运行能力的能量回馈型系列产品HIVERT-YVF高压变频器，该系列与通用高压变频器相比具备优越的恒转矩起动及快速制动特性，特别适用于矿井提升机等应用场合。2007年，6kV/4000kW高压变频器出口俄罗斯夏诺夫格罗德电厂，目前合康变频在俄罗斯市场的业绩不断成长，已成为俄罗斯高压变频器市场的主要供应商之一。1.2 HIVERT变频器的主要优势及特点合康HIVERT系列高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品质量保障措施、系统安全设计和服务方面，具有以下优势和特点：1) 输入谐波含量低。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含量满足IEEE Std 519-1992和GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器并保护周边设备免受谐波干扰；2) 输入功率因数高。无需功率因数补偿装置，降低供电容量；3) 输出谐波含量低。无需滤波器，可直接驱动普通电机，不会增加电机温升而降低电机容量，对电机电缆无任何长度限制，并保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害，不会因为谐波力矩而降低电机使用寿命；4) 系统控制电源采用220VAC和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠、操作更简便。其他产品一般采用柜内UPS供电，在柜内高温条件下，UPS电池寿命短、故障率高，且开、停机时，操作烦琐；5) 功率单元与控制系统光纤通讯，强弱电之间完全隔离，提高了系统抗干扰能力；6) 冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电后运行。系统220VAC控制电源容量仅需1kVA，且避免了冷却风机启、停时对控制系统的干扰；7) 功率单元工作电源为高压开关电源，直接取自单元内部电容，避免了瞬时掉电对单元的影响；8) 频率跳跃功能。变频器设有两组跳转频率，可以跳开机组共振点或风机的喘振区域；9) 更适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为UN+15-20%，如10kV系列可稳定运行于11500V电压条件下；10) 瞬时停电保护功能。当主电源失电后，变频器控制电机处于发电状态运行，为单元电容充电，并为单元控制电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。瞬时停电时间典型值为3秒（具体时间长短与负载的转动惯量大小有关）；11) 限流功能。避免启动或负载突然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作；12) 操作平台采用全中文系统，运行稳定，且易学易用；13) LCD工业液晶屏显示，薄膜式轻触按键控制，操作简便；14) 内置I/O接口板与用户信号连接，无需PLC和工控机，避免了由于温度过高导致工控机硬盘损坏而使系统瘫痪；15) 结构紧凑，体积小。单元柜与控制柜合二为一，之间采用钢板隔离，确保控制系统的可靠性，不设单独控制柜，这样可以做到结构紧凑，占地面积小，其他产品一般控制柜和功率单元柜分设了两个柜体，因此与国内同容量产品相比，柜体宽度缩小0.61.0米；16) 完善的上位控制功能。可与DCS系统实现通讯（采用标准MODBUS通讯规约）或I/O方式连接。17) 故障记录：自动记录变频器所发生故障的原因、故障点、故障时间，便于故障排除；18) 输出电压自动调整功能：输入电压变化时，自动调节输出电压，使输出到电机的电压保持相对稳定，保护电机；19) 共模电压：功率单元采用隔离变压器提供的隔离电源，共模电压值低于100V，保护电机不受共模电压影响；20) 转矩脉动：转矩脉动值不高于额定值的0.1%，保护电机；21) 软启动：变频器具有软启动功能，保证电机平稳启动，启动和停机时间在10-1600秒内连续可调；22) 主要器件均采用世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现100%的严格测试。各系列产品出厂前均完成72小时以上负载测试记录，确保产品的可靠性。23) 在系统安全设计方面，当变频器应用于火电厂锅炉送、引风机时，运用合作伙伴的“风量突变时的锅炉保护”专利技术，确保变频器故障时锅炉不熄火，保障锅炉连续安全运行，避免变频器故障对电厂产生重大损失，此项应用目前在国内（包括进口变频器）尚属首创24) 功率单元模块化设计，可以互换，维护简单；25) 二次接线模块化设计，现场接线简单，安装周期短；26) 具有转速跟踪功能，能实现电机的飞车启动。该功能可以在电机处于工频运行的时候，在不停机的状态下，无冲击的由工频状态切换到变频状态，最大程度的降低了生产风险；该功能经过多次实践验证，能够快速稳定的无冲击的将设备在工频与变频之间进行自由地切换，有效地提高生产效率，保证企业生产的连续性；27) 有较强的工程设计能力和沟通意愿，能根据用户现场条件和控制要求量身定做，及时满足用户的不同需求；28) 合康电器本着“用户利益至上”的原则，向用户所想，急用户所急，视每个项目的质量和口碑为生命。在已经进行的项目中，有非常高的成功比率。2. 变频器选型及性能特性2.1变频器选型根据电机容量，拟选用北京合康亿盛科技有限公司自主研发和生产，适合驱动高压异步电动机的变频器HIVERT-Y10/192，额定输出电流为192A，适配2500kW异步电动机或同时驱动两台1250kW的异步电动机。 主要技术性能指标型号HIVERT-Y10/192变频器容量(kVA)3150适配电机功率(kW)2500输入电压（kV）10输出电压（kV）10每相串联单元数9输 入 频 率45Hz55Hz额定输入电压10kV（-20%15%）调 制 技 术空间矢量控制技术控 制 电 源220VAC，1kVA输入功率因数额定负载下0.96效率（含变压器）额定负载下0.96输出频率范围0Hz到120Hz输出频率分辨率0.01Hz过 载 能 力120%一分钟，150%立即保护模拟量输入两路，010V/420mA模拟量输出两路，010V/420mA上 位 通 讯隔离RS485接口，MODBUS规约加减速时间10秒1600秒开关量输入输出12入/9出运行环境温度0到40贮存/运输温度-40到70冷 却 方 式强迫风冷环 境 湿 度90%,不结露安装海拔高度1000米（超过1000米时，需降额运行）3. 节能分析矿井主通风机用于向井下提供新鲜风流、排除污浊空气和有害气体，对煤矿的安全生产影响很大。目前在矿井主通风机选型时，为考虑通风安全，风量、负压等数值选取偏大，造成风机能力过大，往往形成“大马拉小车”情况。实现主扇通风机的变频改造后，可将风机叶片角度调整为0度，使风机在高效区运行，减轻了风机负荷，有效的提高了风机效率，且由于变频器本身功率因数能达到0.96以上，无须额外的功率因数补偿装置，因此可以去掉相关的设备，节能效果显著，往往能够达到20%左右的节电率。4. 一次回路及保护一次回路图要求：1、 变频器运行时，DL1、KM、k3、k4合闸，k1、k2、DL11、DL21分闸。2、 工频运行时，k1、k2、DL11、DL21合闸，KM、DL1、k3、k4分闸。3、 DL1和DL11、DL21之间有电气连锁，不可能同时合闸。4、 KM和DL11、DL21之间有电气连锁，保证KM分闸状态DL11、DL21才可合闸。变频器外形尺寸及安装注意：变频器与开关柜的摆放方式根据实际项目确定。变频器外形尺寸宽*高*深 =450022001585mm自动旁路柜外形尺寸宽*高*深 =200022001585mm图1 变频器外形图变频器采用底部进出线方式，从正面看，高压进线孔位于变压器柜后部居中的位置，高压出线及二次进出线电缆孔位于单元柜后部居左的位置。变频器应安装在电缆沟上(电缆沟宽度=变频器深度-400)，见下示意图。图2 变频器安装图（侧面）变频器安装在10#（或16#）槽钢焊接的底座上，通过点焊方式将其固定在安装槽钢上，槽钢需可靠接地，接地电阻不得大于4。变频器在正面操作，二次接线室在正面。为了保证操作、维护的方便性和通风散热效果，变频器正面距墙距离不小于1.5米，背面和顶部距墙距离不小于1米。室内冷却方式：若采用空调制冷，则空调容量不小于平均负载功率1.6%为空调的匹数；若采用排风方式，则每个风机排风量不小于1m3/s。5. 二次回路及控制控制器由光纤板，信号板，主控板，接口板和监视器组成，各部分之间的联系如图4所示。控制系统与功率单元之间采用光纤通信，实现了强弱电之间的光电隔离。图4 变频器系统控制原理图控制方式HIVERT变频器有三种控制方式：l 本地控制：从变频器操作界面控制电机的启动和停机，并能完成变频器的所有控制；l 远程控制：配置远控箱，通过内置接口板接受来自现场的开关量控制；l 上位控制：配置上位计算机，通过RS485接口，采用MODBUS通讯协议，接收上位DCS系统的控制。速度设置方式（或闭环运行时的给定方式）HIVERT变频器有多种速度设置方式，在闭环运行时，速度设置方式即为被控量的给定方式：l 本地设置：通过操作屏设置运行频率；l 模拟设置：接收DCS系统0-10V或4-20mA模拟信号设置运行频率或被控量给定值；l 通讯设置：通过通讯方式接收来自DCS系统的运行频率或被控量给定值；l 多档设置：通过开关量设置多档运行速度或被控量给定值；l 闭环调节：由PID自动设置运行频率。对外接口l 模拟量输入：2路，420mA 或010VDC 。420mA时输入阻抗250，010VDC电压输入时输入阻抗10M。用于接收速度设置或被控量设置的模拟信号；现场的流量、压力、烟气浓度等信号。l 模拟量输出：2路，420mA 或010VDC输出。420mA输出时最大阻抗500，010VDC电压输出时最小阻抗5000。以模拟方式输出变频器的运行速度；变频器的输入、输出电压、电流、功率及功率因数等变量。l 数字量输入：12路，光电隔离，隔离电压500VAC。接收远程控制信号，速度给定开关信号及各开关状态等。l 数字量输出：9路，中间继电器隔离，隔离电压750VAC，接点容量5A。输出变频器状态，控制主电源开断等。l 通讯接口：隔离RS485，MODBUS通讯规约，实现与上位系统的通讯。 接线端子定义6. 可靠性保证HIVERT-Y系列变频器从研发、生产到整机测试，每个环节都将可靠性放在第一位，确保用户使用的安全性和可靠性，现从以下几点分别说明。原理HIVERT-Y采用先进的功率单元串联叠波（又称功率单元多重化结构）方式、空间矢量控制的正弦波PWM调制方法，利用成熟的低压变频器技术和功率器件IGBT，从原理上保证了系统的可靠性，并使变频器的输入输出波形得到极大改善，在美国该方式变频器号称完美无谐波。功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电间的完全电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力。元器件为了保证系统的可靠性和使用寿命，主要元器件均采用国际知名厂家产品，主要元器件清单见表1。表3：主要元器件清单序号名称品牌1IGBT德国西门子2整流管德国西门康3电解电容日本嘉美工4CPLD美国赛灵思5驱动片日本三菱6风机德国EBM7吸收电容美国CDE8输出电流传感器德国莱姆9光纤及接口美国安捷伦10光藕日本东芝11隔离开关河南森源质量保证体系公司形成了一套完善的质量管理体系，已顺利通过ISO9001-2000认证。公司在供应商认证、元器件检验、半成品和整机的跟踪和检验都严把质量关。整机出厂前，均经过72小时连续负载试验。从上述几点可以看到，首先HIVERT变频器是稳定可靠的，其次，即便变频器出现故障，仍可以通过相应手段保证电机继续运行，不会对生产造成影响。7. 供货范围基本配置高压变频器HIVERT-Y10/192二套自动旁路柜 二套备品备件功率单元 2个过滤网 20套熔断器 4只资料交付序号说 明交付时间(合同签订后)1系统设计和设备配置1周2变频装置技术规范1周3电源要求、接地要求、电控箱/柜数