风机水泵变频系统改造方案

1、冀中股份章村矿风机水泵变频系统改造方案项目名称：章村矿风机水泵变频节电改造项目实施：北京聚融亨能源投资有限公司联系电话议日期：2010年6月29日目 录一、 应用变频器的目的二、 现场情况及节电效益分析三、 节能效益分析地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-四、 系统技术方案五、 变频技术参数六、 变频器的基本性能和保护性能.七、 供货范围及主要元器件清单.八、 技术服务.九、 公司简介.十、 结束语.引 言随着电力电子技术、

2、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，带动了交流传动技术日新月异的进步。目前，电气传动技术正面临着一场历史性的革命，即交流调速取代直流调速，及计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流调速技术是当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速、起动和制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。1地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www

3、.jrh-一、应用变频器的目的1、应用变频器的必要性现场中的风机、水泵等高能耗设备，其输出功率不能随生产负荷变化而变化，只有通过改变风门、档板的开度来调整，这导致负载运行效率较低，并且有大量能量浪费在截流损失中。为了提高生产效率、降低能耗以及系统的综合可靠性，风机、水泵的驱动系统拟采用全数字交流变频器实施控制。变频调速系统是直接串联于电源与电机之间的变频调速设备，以其现场改造、安装方便以及安全、良好的运行性能正快速的替代其它调速产品，全面的进入到水泥、钢铁、化工、煤炭等行业的节能改造项目中。利用变频调速技术的目的是改变设备的运行速度，以实现调节现场工况所需压力、流量的大小，大大提高了系统的自动

4、化程度，既满足了生产要求，又达到了节约电能，并且减少了因调节挡板而造成挡板和管道的磨损以及因经常停机检修所造成的经济损失，同时使维护量大大降低，为企业带来了可观的效益，切实响应了国家节能降耗的号召。2应用变频器的可行性1）操作简便：采用变频调速后，无论哪种工艺条件，随时可以通过调整转速使系统运行在工艺要求的状态下工作。2）提高设备的使用寿命，大大降低维修费用及时间。3）工作强度降低：变频调速系统可由现场主控系统进行协调控制，根据运行工况按设定程序，实现对负载的转速自动控制。大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证。4）减少了对电网的冲击：采用变频调节后，系统实现软启动，软停

5、车等功能，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。5）显著的节能效果改造后，系统效率得到提高，节约能源，为降低企业用电率提供了良好的途径。6）提高功率因数电压源型变频器功率因数可达0.96,采用变频调速系统后，无需无功补偿装臵就能满足电网要求。不但提高了厂变及其它相关电气设备的利用率、而且节约了线路能量损失，节约了经费，可谓一举多得。7）完善的故障诊断和保护功能：2地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:b

6、jjrh http:/www.jrh-变频器具备对电机和变频器本身完善的保护功能，如过热、过载、过流、过压、缺相、接地等，从而避免设备在不正常状态下长时间运行，保证设备不至于损坏。并且，故障信息可以准确地指示故障点。聚融亨公司推荐的变频调速系统，其优点为：实现生产能力的变负荷调节，这样，不仅解决了风门、阀门开度控制系统效率低、设备工作特性差等难以克服的缺点，而且提高了系统运行的经济性指标；更重要的是减小了因入口阀变化造成的压流损失，减轻了控制阀的磨损，降低了设备温升对设备性能的负面影响，延长设备使用寿命，节约能源，为降低用电率提供了良好的途径。二现场情况及节电效果分析贵矿有采煤、矸石电厂、洗煤

7、厂三个主体组成，有两个矿井。主井采用的是皮带传输机，付井是单萁笼高压绞车，开车时间较短。电厂有锅炉风机高压电机，锅炉给水泵，已经做过变频改造。洗煤厂使用的是重介工艺，具有改造潜力。洗煤厂设备类型大多是泵类、离心风机是离心式设备，典型的流体力学类具有平方转矩特性，大多数控制手段相对比较传统（风门挡板调节风量、阀门调节流量）， 风量风速、水量不能根据生产工艺的要求精确调整，电机做功部分消耗在风机和泵与挡板阀门之间的“顶牛”状态中，存在电能浪费。绞车设备是采煤的重要设备，也是重要的能耗设备，做好提升机的优化控制，对提高生产效率、保证设备安全运转、节能降耗具有深远的意义。目前拟改造的是3#井主扇对旋风

8、机、乳化液泵、矸石山绞车、洗煤厂泵类设备，配臵如下：3地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-1）工频状态下的耗电量计算Pd：电动机功率 ；Cd：年耗电量值 ； U：电动机输入电压 ；I：电动机输入电流 ；cos：功率因子； T：年运行时间；：单负荷运行时间百分比 电机耗电功率计算公式：Pd =3×U×I×cos 累计年耗电量公式：Cd= T×（Pd×） 根据计算公式，通过计算可得出工频情况下各负载的耗电

9、量如下：2）变频下单位时间耗电量计算安装变频器后,我们将风门开度调整为100%.风机原先调节方式为通过调节入口风门开度的方式，现改为调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的。根据流量、压力、轴功率与其转速的关系用文字表述为：流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比、轴功率与转速的立方成正比。l Q2/ Q1 = n2/ n14地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-l H2/ H1 = (n2/ n1)2l P2/ P1= (n2/ n1)

10、3变频状态下的计算如下：P：风机实际轴功率 ； P0：风机额定轴功率 ；Cb：年耗电量值；Q：风机实际流量 ；Q0：风机额定流量；H：风机出、入口压力差 ；H0：风机额定风压；T：年运行时间；：单负荷运行时间百分比æQ'=ç计算公式：çQP0è0P'öæH'÷=ç÷çHøè0P'33ö2÷ ÷ø网侧消耗功率：Pb=hb´hd累计年耗电量公式：Cb= T×（Pb×） 电动机效率

11、hd与电动机负荷率之间的关系如图一所示。 变频器效率hb与系统负荷率之间的关系如图二所示。100908070典型系统效率1009896949290888684828010效率（%）HARSVERT-A系列变频典型系统效率电动机效率（%）60504030201001002030405060708090100电动机负荷率（%）图一负载百分比图二5地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-三：节能效益分析：节电率：节电率=(Pd-Pb、)Pd´100%

12、的偏差。低压变频器总体尺寸：其中132kw以内尺寸(长×深×高)为1000×600×2200mm 220kw尺寸包括变频器本体（柜机），和控制部分(长×深×高)为1000×600×2200mm 高压变频器尺寸(长×深×高)为3300×1700×2800mm四系统技术方案 1、 系统主回路控制方案根据现场情况，聚融亨公司主回路推荐如下方案。6地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mai

13、l:bjjrh http:/www.jrh-1）高压变频一拖一手动旁路系统切换方案：。正常工该系列变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。变频器具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，不需要更换电机。2）低压变频器选用德国博世品牌全中文人机操作界面，自带远程、本地控制，输入输出端消谐电抗，旁路，远程通讯，内置PID调节，计量装置等2、高压变频控制系统方案1）远程DCS控制方案变频系统和远方DCS控制系统进行通讯连接，从DCS上发出变

14、频器的启动、停机等信号。 变频器可做开环控制运行：远方DCS控制系统可给定420mA或010V模拟量输入控制变频器运行频率（420mA对应050HZ），直接给定转速即可。亦可做闭环控制运行：根据现场提供的反馈信息( 如压力，流量等)做闭环控制，变频器自动根据反馈值自动调节运行频率，满足现场运行工况。现场直接接收管道压力变送器传感到变频器PLC 420mA信号，变频器内臵PID调节器，自动实现闭环控制。7地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-变频器提供的

15、开关量输出6路：(1) 变频器待机状态指示：表示变频器已待命，具备启动条件。(2) 变频器运行状态指示：表示变频器正在运行。(3) 变频器控制状态指示：节点闭合表示变频器控制权为现场远程控制；节点断开表示变频器控制权为本地变频器控制。(4) 变频器轻故障指示：表示变频器产生报警信号（常开：正常；闭合：轻故障）(5) 变频器重故障指示：表示变频器发生重故障，立即关断输出切断高压（常开：正常；闭合：重故障）。(6) 电机在工频旁路：表示电动机处于工频旁路状态。以上所有数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。除特别注明外，接点容量均为AC220V、3A/DC24V，1A。变频器需要提供的模拟量

16、2路：(1) 变频器输出转速(2) 变频器电机电流变频器提供2路420mADC的电流源输出（变频器供电），带负载能力均为250。需要提供给变频器的模拟量1路：（1）变频器转速（或）给定值现场提供1路420mADC二线制电流源输出，带载能力必须大于250，420mADC对应转速（或流量）低高限，须呈线性关系。需要提供给变频器的开关量有3路：(1) 启动指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器开始运行（变频自动识别所拖动负载为同步机或异步机，自动改变启动方式）。(2) 停机指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器正常停机。(3) 急停指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器立即停止输出，不断系统高

17、压。 变频器给高压开关柜的有2路：(1)高压紧急分断：变频器出现重故障时，自动分断高压开关，闭点有效。(2)高压合闸允许：变频器自检通过或系统处于工频状态，具备上高压条件，闭点有效。8地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-以上所有数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。除特别注明外，接点容量均为DC220V，3A。高压开关柜给变频器的状态信号1路：高压开关分闸信号：高压开关处于分断时，辅助节点闭合；1个。2）现场PLC控制变频调速系统可由现场控制

18、主控PLC系统进行协调控制，根据运行工况按设定程序，实现对风机电动机转速控制。变频系统和现场PLC控制系统进行通讯连接，从现场PLC控制系统上发出变频器的启动、停机等信号。变频器反馈以下信号接入到现场控制上：(1)报警及故障信息：重故障报警、轻故障报警；(2)调速装臵的状态信息：待机状态、正常运行状态、故障状态等；(3)电机电流、转速、电压等.4、高压变频器外形图及现场土建施工低压变频器采用低压GGD标准配电柜，不做特别说明！4.1变频器及旁路柜体外形图6KV/560kW及双电源手动切换柜组合外形图：9地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真：010-

19、62711926邮编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-后前变压器柜单元柜旁路柜变频器侧面图4.1.1：6KV/560kW及双电源手动切换柜组合外形图：4.2地沟土建施工图4.2.1 变频器安装图（侧面）变频器安装在10#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。六、变频器的基本性能及保护性能10地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话

20、真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-1.基本性能(1)变频器为高高结构，6kV直接输出，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM方式；(2)系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可；(3)整套系统在出厂前进行整体测试；48脉冲输入符合并优于IEEE5191992及GB/T1454993标准对电压失真和电流失真最严格的要求；(4)在20100%的负载变化情况内达到或超过0.96的功率因数，并且电流谐波少，无需功率因数补偿/谐波抑制装臵；(

21、5)无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用；(6)具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行；(7)变频装臵输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。可避免风机喘振现象。变频器有共振点频率跳跃功能；(8)变频装臵输出电缆长度可长达1000米，电机不会受到共模电压和dv/dt的影响；(9)变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有10kV高压情况下用低压电进行空载调试；(10)控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位臵提供中文指示，能在就

22、地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题；(11)具有就地监控方式和远方监控方式。在就地监控方式下，通过变频器上的触摸屏显示，可进行就地人工启动、停止变频器，可以调整转速、频率；就地控制窗口采用中文操作界面，功能设定、参数设定等均采用中文。卖方提供的变频装臵支撑软件为汉化的最新的正版软件；(12)变频器高压主回路与控制器之间为光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好；11地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-(13)转

23、矩特性：050Hz恒转矩特性，额定转矩输出，转矩阶跃响应200ms。50Hz以上恒功率特性，最大转矩与转速成反比下降；(14)输出频率0.5-50Hz(根据电机情况可设定)；(15)变频器抗地震能力为7级，振动0.5G；(16)临界速度可跳过(共2组，可任意设定)；(17)安装、设定、调试简便；(18)功率电路模块化设计，维护简单；(19)完整的故障监测电路、精确的故障报警保护；(20)自带冷却风机，风机电源与控制电源分开取电，电源取自输入侧变压器；(21)内臵PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；(22)可灵活选择现场控制/远程控制；(23)可接受和输出010V/420mA工业标

24、准信号；(24)可根据用户需要内臵PID调节器；(25)完整的通用变频器参数设定功能；(26)掉电20秒内来电再启动和转速跟踪再启动功能2、保护功能高压变频调速系统，对大功率高压变频器的电气保护性能提出了更加全面的设计和高可靠、快速动作回路。系统通过高速的信号传输通道，实时监测变频器输入、输出侧运行电压、频率、电流等参数，利用高速处理器和专业的保护回路实施最高级别的保护动作；确保系统快速切除故障点，避免设备损坏对系统产生扩散影响。高压变频调速系统的主要保护包括：(1)变频器输入回路带浪涌吸收保护；(2)每个功率单元带两相输入熔断器保护；(3)过电压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过

25、额定电压的115%，则变频器保护；(4)欠电压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定的数值，则变频器保护。此保护实际上包括了对电网电压负向波动的保护。保护是否有效，可根据现场要求设定；(5)过电流保护：电机额定电流的150%，3s；12地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-(6)速断保护：电机额定电流的200%，10s；(7)过载保护：电机额定电流的120%，每10分钟允许1分钟，超过则保护。此保护实际上包括了对电网电压正向波动的保护；(8

26、)缺相保护：缺相保护设臵在每个功率模块上。当变频器输入侧掉相或功率模块的保险熔芯熔化时，会发出报警信号并保护；(9)过热保护：包括两重保护：在变频调速系统柜体内设臵温度检测，当环境温度超过预先设臵的值时，发报警信号；另外，在主要的发热元件，即整流变压器和电力电子功率器件上放臵温度检测，一旦超过极限温度（变压器140、功率器件80），则保护。(10)光纤故障保护：当控制器与功率模块之间的连接光纤出现故障时，会发出报警信号并保护。(11)接地保护。利德华福公司生产的高压变频器将该功能做为变频器的标准保护功能。进一步增强了系统的可靠性。其原理为：高压变频调速系统输出侧装配有精准的电压检测装臵，正常运

27、行时，三相输出相电压UA+UB+UC=0；一旦发生输出单相接地故障，三相输出相电压之和肯定不为零，变频器内部电压检测装臵能准确检测输出电压的变化，通过内部比较电路，将故障信号报警，变频器立即保护。(12)短路保护。短路保护为变频器的基本保护功能之一，实质上是变频器检测到输出电流增大而进行的过流保护。如果变频调速系统的输出侧短路，其输出侧的电流霍尔将检测到相间短路引起的输出电流增大，控制器立即发出速断指令封锁脉冲关断IGBT停止高压输出（响应时间小于10uS），联跳输入侧的断路器QF，同时声光报警，并将重故障信号远传到DCS系统，从而保护整个变频调速系统。以上故障中，当变频器发生重故障（过流故障

28、、光纤故障、过热故障）时，可联跳输入侧高压开关；对于其他轻故障，则发出报警信号，同时，保护信息在中文用户界面显示故障确切位臵，便于用户采取对应措施。其中的某些保护定值还可以调整或使能，灵活调整适应不同现场需求。七、主要元器件清单1、随机备品配件（1套）13地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-2、主要元器件清单主要元器件清单面对广大用户，技术服务中心的众多专业技术支持工程师驻扎在全国各地近20多个办事处，依托营销服务网络（哈尔滨、沈阳、长春、济南、上海

29、、南京、杭州、合肥、郑州、武汉、重庆、西安、兰州、福州、广州、贵阳、南宁、长沙、南昌、乌鲁木齐等），就近贴近用户，为用户提供优质及时地服务，为缩短服务时间，各办事处均建有备品备件库，随时响应并满足用户的各种要求。 1、优质的技术服务服务是长久的连接我们与客户的纽带，保持对客户有效的关注，为用户提供满意的服务，积极地替用户解决目前的和将来可能发生的各种问题是经营客户的关键。为此，公司建立了专14地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-业的服务队伍，牢固地树

30、立用户第一的观念，始终坚持服务是第一要义的原则，不断强化服务意识，提高技术支持服务的能力。1）专业、及时的技术服务作为专业的研发、设计、制造高压变频调速系统的生产厂家，其专业、及时的技术服务也毫不逊色。2）合理完善的个性化服务措施高压变频器本身技术和成本高，用户在购买产品时慎之又慎，技术服务质量在决定用户购买那个厂家的设备时占举足轻重的分量。公司基于以上认识，制订了一系列合理完善的人性化服务措施，这些“想用户所想，急用户所急”的服务流程消除了用户的后顾之忧。售前服务当客户在不了解的情况下有任何疑问或需求时，我们的售前技术支持工程师会及时为客户15地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层

31、电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-答疑解惑，如客户认为必要时，可以请客户参观生产基地和产品运行现场，便于客户全面了解利德华福。同时，我们还会根据客户的进一步要求，制定一整套行之有效的解决方案，为双方在诚信、友好的基础上进行合作奠定基础。售中服务“适合的就是最好的”。利德华福一直实行的是按单设计和生产服务，为用户量身定做产品。这样不仅能缩短交货周期，提高产品质量，更能为客户解决难题。期间，用户的合理要求及改进意见，公司会认真对待，以保证生产出适合用户的产品。设备运抵现场后，只要用户现场具备安装条件

32、，我们的专业技术工程师即刻进行安装、调试，待设备运行稳定后移交用户，同时还要为用户培训操作、维护知识。售后服务公司的终极目标并不是用户使用了利德华福的产品，而是希望每一台带有利德华福标志的产品都能够稳定、长久地运行，真正为社会节能降耗，为用户节省不必要的支出。为此，我们制定了一系列贴心服务措施：技术工程师常驻全国20个办事处，做到所有区域的有效覆盖；设立24小时免费服务热线，提供服务8小时内响应；对售出产品保修一年，终身维护，等等。成套服务公司在国内率先提出了“高压变频系统化节能服务”理念。为用户提供完整的解决方案和一站式服务，也即“交钥匙工程”，在这样的背景下，“工程服务部”和“技术成套部”

33、应运而生。目前为止，公司已经做了多个集成项目，为用户深挖节能潜力，解决了后顾之忧，保障了用户系统和设备的安全稳定运行。通过这些项目，我们还掌握了大量宝贵资料，拥有了成熟的工程服务经验，为完全满足客户多方面需求提供强有力的技术保障。2、 技术服务内容及安排为了使设备安全、正常投运，利德华福公司为用户配臵了调试经验丰富的专职技术支持工程师，配合用户完成设备交接、货物的开箱检验、设备质量问题的处理、指导安装和调试、参加试运和性能验收试验等。此外，不但制定了针对每个独立用户的培训计划，还定时定期对3年内已投运设备进行免费的例行维护，定期回访用户；每年还举办多期培训讲座和集中培训会，对用户进行完善的培训服务和公司产品的最新介绍。做到多角度、全方位、强有力的技术服务，提升产品的品牌价值，为用户提供高可靠性的优质技术保证！16地址：北京市海淀区西三旗桥东北金燕龙大厦15层 电话真编：100096 E-mail:bjjrh http:/www.jrh-3、 供方现场技术服务 服务计划表安装、调试重要工序表4、 培训计划培训的主要方式：买方指定人员，参与设备的安装、调