高压变频器在化工厂主风机上的应用

1、高压变频器在化工厂主风机上的应用摘要：本文介绍了国产高压变频器在某化工厂主风机上的应用情况。应用结果表明，采用国 产高压变频器对化工厂主风机进行节能改造，节能效果非常明显，并提高了设备和系统的安 全可靠性，改善了电机和风机的使用寿命。关键词：高压变频 风机 节能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、引言某化工厂有一台6300kW/10kV主风机，电机启动方式采用水电阻启动。工艺 要求的风量根据进料量进行调节，没有全负荷生产，

3、若生产量大，进风口挡板开 大。根据产量高低，风门开度仅控制在3035%左右。由于采用进风门挡板调节， 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。随着现代工业的飞速发展及市场竞争的日益加剧，加上能源供应紧张和能源 价格不断攀升，企业采用新技术实现节能降耗、降低生产成本、提高市场竞争力， 已是大势所趋。因此，化工厂对给主风机进行了改造，改用变频器对风机进行调 速。2、主风机变频改造方案2.1变频器选型一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机在额定出力 内进行不同转速的调节。但在现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的 变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变

4、频器投资及减少配套设施。主风机 电机为10kV/6300kW电机，设计时存在一定裕量。为了满足50Hz时满负荷运行要 求，我们为其配备了容量为8000kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的 要求。2.2系统方案对热电厂给水泵变频的改造遵循了 “最小改动，最大可靠性，最优经济性” 原则，考虑到变频器退出运行后，为了不影响生产，确保系统正常工作，配置工 频旁路，当变频器出现故障时，将电机投切到工频下运行。（系统主回路电气原 理图如图1所示。）10kV 母 线用户开关QF111变频器1Qr10kV电机3PH10KVAC移相变压器原水电阻启动装置图1高压变频调速装置主回路（一拖一）方案变频器一次

5、回路由2个高压真空断路器QF1QF2和原有设备组成10kV电 源经高压断路器QF1到高压变频装置，变频装置输出经真空断路器QF2送至电动 机，电动机变频运行；10kV电源还可经原有水电阻启动装置直接起动电动机， 电动机工频运行。QF2与原有水电阻启动装置电气闭锁，旁路柜系统满足“五防” 联锁要求。高压开关QF11、原有水电阻启动装置与电动机为原有设备。3、高压变频器的组成和原理高压变频器是具有自主知识产权，无电网污染的调速系统，采用的结构为多 单元串联，输出为多电平移相式PWM方式。特别适合于风机、泵类工业应用现场， 已经被广大工业用户接受和充分认可。本项目为10kV系列，变频器主电路结构 见

6、图2。单元A1单元BT网“单元A2二 单元B2 TOC o 1-5 h z 元A3_广 | = 单元B3：元A4 I 二一-4M 一I单元B4口单元A5口单元B5元A6_L_,.单元B6七应元A7I|、 I；单元B7书 单元A8单元b81 单元A9 I广单亓9单元10 I单元B10图2高压变频器主电路原理图3.1功率单元电路图3功率单元电路原理图每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其主电路结构如图3所示，为基本的 交-直-交电路，图中通过三相全桥方式整流，整流后给滤波电容充电，确定母线 电压，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制实现逆变。功率单元输出波形：存图慢格式关于 存图像 选择 文件

7、夹 储存SAWE_nEC动作M Poi! B OOQs图4功率单元输出波形3.2输入侧移相变压器输入侧由移相变压器给每个单元供电，每个功率单元都承受电机电流、1/10 的相电压、1/30的输出功率。30个单元在变压器上都有自己独立的三相输入绕 组。功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接 法，目的是实现多重化，降低输入电流的谐波成分。本机中移相变压器的副边绕组分为三组，构成60脉冲整流方式；这种多级 移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数 接近1，输入电流谐波成分低。实测输入电流总谐波成分小于3%,低于国家标准。 3.3输出侧结构髯（三

8、严辗嗥* JrnLg：-: . 1,1 HV I pl | 图510个单元输出波形叠加图输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通 过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图5所示的阶梯PWM波形。这种波 形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可 以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时， 电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机 械应力。4、节能分析电动机相关数据：P6300kW，UN=10kV，I416.4A，cos =0.85，n=0.95 且电机运行情况为每天在150

9、A运行10小时，200A运行10小时，300A运行4 小时。电机运行在150A时节约电能为：未改造前，系统输入功率为：P = 3U I cos6 =气百 X 10X 150X0.85=2208.3(kW) 1N当实际运行电流I=150A时，由于负载率B= P/Pn=V3UnI cos6n/PN则我们可以通过运算得到风机的负载率B=1.732 X 10 X 150 X 0.85 X0.95/6300=0.333=33.3%。根据经验，风机在额定转速下利用风门开度调节风量时，33.3%的负载时风 机的风量约为33%左右。进行变频调速改造后，风机的实际转速为n=33%n 0风机消耗功率P2=PNX(

10、n/ n0) 3=6300X0.333=226.4 (kW)。考虑到变压器 及变频器功率器件等做功引起的电能损耗约20%，即：P2= P2X 1.2=271.68 (kW)风机进行变频改造后，功率节约为：P1 P2208.3-271.68=1936.62 (kW)，即每小时可节电 1936.62 度；同样可得电机在200A及300A运行时每小时节约电能为2304.4度及 2243.13 度。故每天节约电能为：1936.62*10 + 2304.4*10 + 2243.13*4 = 51382.72 度若按全年统计，节能效果非常显著。同时，主风机的无功耗能亦大幅降低， 这里不再一一计算。并且变频运行后挡板全开，电机基本保持在高效点，运行效 率也大大提