风机变频节能改造技术方案_图文


低压风机变频节能改造

技 术 方 案 (初稿)

编 制:





审 核:

日 期:

2012



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25



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第一章 公司简介???????????????????????????2 第二章 行业背景分析?????????????????????????3 第三章 系统方案???????????????????????????4 一、现场工况分析 ???????????????????????? 4 二、设备选型 ?????????????????????????? 5 三、方案论述 ?????????????????????????? 7 第四章 节能直接效益分析??????????????????????? 8 第五章 使用变频器的间接效益?????????????????????12 第六章 GD200系列变频器简介??????????????????????13 第七章 质量保证及服务承诺 ??????????????????????14

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第一章 公司简介
深圳市英威腾电气股份有限公司, 立足电气传动、 工业控制领域, 为全球用户提供专业化产品和服务, 2010年在深交所A股上市,股票代码:002334。现设有国内办事处30多个,海外办事处2个,拥有海内外经 销合作伙伴上百家,用户遍布全球50多个国家和地区。 目前英威腾主要产品有高、中、低压通用及各行业专用变频器、交流伺服系统、制动单元、能量回馈 单元等。产品在市政、建材、塑胶、油田、机械、化工、冶金、纺织、印刷、机床、矿山等行业广泛应用。 英威腾是国家级高新技术企业,拥有深圳市唯一的“变频器工程技术研究开发中心”。 英威腾变频器产品包括低压 CHA/CHV/CHE/CHF/GD 各行业专用系列、中压 660V/1140V 系列、高压 CHH ( 3KV/6KV/10KV )系列等,功率范围涵盖 0.4 ~ 8000kW ,满足不同行业不同场合的各种变频控制应用需 求。 成熟矢量控制技术、各行业专用变频控制技术的掌握以及国际领先四象限控制技术的突破使英威腾的 发展持续领先,成为中国变频器行业的领导者。高性能交流伺服系统的开发与成功应用标志着英威腾向运 动控制领域的拓展与延伸。

英威腾大楼

研发部门

测试部门

生产车间

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第二章 行业背景分析
一、节能改造背景
据《世界经济统计年鉴》和《中国统计年鉴》公布的数据测算,我国的耗能标准比其他发达国要高出 几倍能源。造成这种结果的原因有两个:一是我国的能源消费结构不合理,其中产业的能源消费占 78.3%, 而发达国家仅占 30%~40%。二是我国主要工业产品的能耗比世界先进水平高出 30%~90%。大量的能源消耗 既造成了经济上的极大浪费,同时也因严重的环境污染而造成了极大的社会问题。节能减排已成为摆在我 国面前亟待解决的实际问题,同时也成为了政府当前的重要工作之一。 因此要解决资源战略问题,必须大力开展能源节约与资源综合利用。根据国家有关规划,电机系统节 能是国家发改委启动的十大重点节能工程之一。国家发展规划要求,当前应推广变频调速节能技术,即风 机、水泵、压缩机等通用机械系统采用变频调速节能措施,工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术。

二、变频行业介绍
以前的变频器,由可控硅整流,可控硅逆变等器件构成,缺点很多,谐波大,对电网和电机都有影 响。近年来,随着电力技术的发展,变频调速技术的日臻完善,发展起来的一些新型器件将改变这一现状, 如 IGBT、IGCT、SGCT 等等。由它们构成的变频器,性能优异,可以实现 PWM 逆变,甚至是 PWM 整流。不 仅具有谐波小,功率因数也有很大程度的提高,已经取代了挡板和阀门的调节方式。其稳定安全的运行性 能、简单方便的操作方式、以及完善的功能,将使变频最终达到高效率的运行目的。 随着变频技术的不 断成熟,变频器在各个领域得到了广泛应用。变频器应用上的巨大节能潜力和优良的调速性能,使得它具 有强劲的发展动力和广阔的市场空间。目前,变频技术已经成为电力传动领域的热门话题之一,对于大容 量风机、水泵、空压机等系统进行变频改造已成为一种趋势,它为使用大功率传动装备的企业和行业带来 了很大的节能效益。

三、冶金行业能耗介绍
冶金行业在我国经济中所处的地位非常重要,且都是规模较大,效益显著,连续、高效式地生产流程 性企业。生产过程已经高度的自动化,生产现场有大量的现场设备需要进行控制。冶金行业的电力消耗主 要来自于烧结、炼铁、炼钢和轧钢设备中应用的各种电动辅机,包括引风机、除尘风机、通风机、泥浆泵、 除垢泵、煤气鼓风机、烧结风机、高炉风机、轧机、开卷机、卷曲机等。由于钢铁生产流程中大量采用的 水泵、鼓风机和除尘风机的常规设计为不停机运行,流量过剩时采用流体循环或放空的耗能方法,节电潜 力很大。冶金行业使用变频器的节电效果较为明显,节电率一般在 15%-60%。 通常由交流异步电机驱动。这些设备调速范围比较宽,对工艺、环保的影响比较大。早期大部分冶金 行业的风机、水泵设备不调速,直接采用工频供电,定速驱动,通过调节风门与阀门来控制风量与给水量, 同样把能量都白白地浪费了。如果采用高压变频器进行变频调速,则可以节约大量的电能,给企业带来效 益。
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第三章 系统方案
一、现场工况分析
1. 负载设备参数 引风机 匹配电机型号 (产地、日期) 额定电流 运行电流 2、负载设备工况分析 ? 引风机项目分析: 引风机是火电厂重要的辅助设备之一,它将锅炉燃烧产生的高温烟气排除,维持炉膛压力,行成流动 烟气,完成烟气及空气的热交换。经除尘装置后排向烟道,用来调整锅炉炉膛负压的稳定。 在生产过程中, 风机的风量与风压裕度以及在生产过程中绝大部分时间都不是满负荷, 同时由于生产 过程并不是连续不断的,而是周期性间断的变化,系统所需求的风量也随之变化,导致风机的运行工况点 与设计高效点相偏离,从而使风机的运行效率大幅度下降。 ? ? ? ? ? ? ? 在阀门调节过程中会带来一系列问题: 采用风机定速运行,阀门调整节流损失大、管网损失严重、系统效率低,造成能源的浪费。 这根本无法随时动态跟踪工艺进行风量调节以满足最佳工艺的要求。 长期的 60~85%左右的阀门开度,加速阀门自身磨损,导致阀门控制特性变差。 设备使用寿命短、日常维护量大、维修成本高、造成各种资源的极大浪费。 管网压力过高威胁系统设备密封性能,严重时导致阀门泄漏,不能关严等情况发生。 工频启动时启动电流大,对电网的冲击很大,启动后电机满负荷运行,很难停机,导致设备使用寿命 缩短,日常维护量大,维修成本高,且故障率高。 鉴于存在以上诸多问题,解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。利用变频器对风机 电机进行变频控制,实现流量压力的变负荷调节。因此,采用变频调速控制改造是非常有价值的。 匹配电机型号 (产地、日期) 额定电压 风门或阀门开度 200KW 380V

二、设备选型
1、变频器配置 根据现场的额定参数和实际运行工况,再结合我公司的 GD200 系列变频器在其它工程地应用情况, 我公司为其改造设备配置如下变频器,其主要地参数如下: 项目 引风机 变频器型号
GD200-200G-4

额定功率 200KW

额定电压 380V

额定电流 380A

变频器数量 3台

拖动方式 一拖一

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GD200-200G-4其它主要辅助器件配置表

名称 变频柜 断路器 接触器 输入电抗器 输入滤波器 输出电抗器 输出滤波器 2、变频器切换方式说明

型号规格 订做 500A(电流) 500A(电流) ACL2-200-4 FLT-P04400L-B OCL2-200-4 FLT-L04400L-B

数量 3个 3个 6个 3个 3个 3个 3个

备注

采用其一, 建议采用电抗器 采用其一, 建议采用电抗器

根据客户现场引风机配置特作如下变频改造方案:

电 源

用户开关

变频柜
输入电抗器

输出电抗器 低压变频器

KM1 KM2

两者取其一

两者取其一
输出滤波器

M
电机

QM

输入滤波器

变频器控制系统示意图 变频调速系统由用户开关、变频柜、GD200 变频器、电机组成。变频柜是由一个开关(QM)和两个接 触器 KM1、KM2 及相应其它主要辅助器件组成。变频路柜严格按照“五防”联锁要求设计,变频器输出接 触器 KM1 和旁路接触器 KM2 电气互锁,完全能够保证变频调速系统安全运行。

三、方案论述
1、变频器控制方式

?

引尘风机项目

1)引风机上装设变频系统。 2)设置远程控制和就地控制两种方式。 3)并且所有的 I/O 端口都是可编程端子,用户可以方便的使用这些端口搭建自己的应用系统,同时也保

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证系统具有良好的可扩充性。具体在详细设计阶段根据用户要求确定。

变频器主要使用接口 4)可以通过硬接线方式与 DCS 接口,也可以通过 RS485 通讯接口与 DCS 进行 MODBUS 通讯协议控制通讯, 采用现场 DCS 系统平台进行变频器起停启动、停止、调整电机转速。该方案需要改动 DCS 系统。不同用户 的 DCS 系统各有差异,采用 DCS 控制需要用户自己修改增加该控制。

5)保留原工频系统及其联动方式,且和变频器系统互为备用。

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6)频率给定方式: 频率给定方式 1. 模拟量给定 频率给定方式 2. 通讯给定 频率调整方式 1. 通过模拟量调整 频率调整方式 2. 通过通讯调整 频率调整方式 3. 通过多功能端子实现递增或递减 启停控制方式 1. 端子控制 启停控制方式 2. 通讯控制

标准接线控制配置图 2、变频器频率控制方式 我方提供的GD200变频器具有两种控制电机转速、频率调整方式: (1)手动调节:(变频器开环运行) 值班电工根据风机运行情况判断, 通过远程控制系统(DCS或控制箱)或就地触摸屏手动调节频率给 定信号, 从而达到满足风机需要的流量和压力要求。 (2)自动调节:(变频器闭环运行)
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由于变频器本身具有PID功能,需要用户将现场监控信号转换成数字信号(4—20mA)传给变频器,通 过与用户设定需要值比较,在变频器内部的微电脑智能系统自动调节输出频率。在不同条件下,系统自动 调节风量大小,使变频器调节在需要设定值范围内,达到最佳的节能效果。

四、方案综述
该项目可以依据实际现场情况在诸多控制方式中选择合适的方式, 主要涉及是由端子控制启停, 调速, 变频器信息反馈还是由通讯控制上述内容。 另外该系统应具备工频旁路系统,当变频器故障时可以手动或自动切换到旁路工频工作。 该系统可以分别由远程控制和本地控制两种控制模式,方便现场操控和维修。

根据一般现场控制工况,再结合我公司的GD200系列变频器在其它工程应用情况,建议在正常工作情况 下,变频调速系统采用开环控制,由人工根据现场情况,通过后台DCS控制系统或远程控制箱给出电动机 应采取的转速,并作为速度给定输入给变频器,由变频器带动电动机跟踪此转速。

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第四章 节能直接效益分析
一、负载特性说明
负载特性是指电力拖动负载的转矩与转速之间的关系,也叫负载转矩特性。电动机节电,特别是调速 节电,与负载特性的关系极为密切,除要了解电动机的运行特性之外,还要掌握被拖动工作机械的负载转 矩随转速变化的特性。 典型的负载特性有恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机泵类负载特性三种,见如下表。 电力拖动典型负载特性表 转矩特性 负载特性 恒转矩特性 M=恒定值 P∝n·M P∝n 轴功率与转速成正比 起重机,压廷机,机床平移 刀架等 恒功率特性 P=恒定值 M∝1/n 轴功率与转速无关 金属切削机床,恒张力卷取 机等 风机泵类特性 M∝n2 P∝n3 轴功率与转速的三次方 成正比 风扇,风机,液泵,油 泵

轴功率与转速 关系 典型负载

二、风机和泵类拖动调速的节电效果
阀门(挡板)调节法主要通过调节管道进口或出口的开度来调节流量,实际是通过改变管道的阻力 来改变的流量。阀门(挡板)调节时,管阻特性随着阀门开度的变化而变化,而电机恒速运行,因此扬程 特性并不改变。 如下图所示, 当流量从 QA 下降到 QB 时, 稳定工作点由 A 点移到 B 点, 供水功率 PA 与 0EBF 区域的面积成正比。 变频(转速)调节法是通过改变风机水泵转速来改变的流量。管道一般处于全开状态,如果风机水泵 转速改变,则全扬程也改变。采用转速调节法时,扬程随着转速改变而改变,但管阻特性则保持不变。如 下图所示, 当流量从 QA 下降到 QB 时稳定工作点由 A 点移到 C 点, 供水功率 PB 与 0ECH 区域的面积成正比。 从下图可看出,采用转速调节法比采用阀门调节法节约的功率△ P 与 HCBF 区域的面积成正比。

由风机水泵特性得知,轴功率P与流量Q,风压(扬程)H的关系为: P ? Q ? H
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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:

Q2 ? Q1 ?

n2 n1
? ? ? ?
2

(1)

? n2 H 2 ? H1 ? ? ?n ? 1 n2 ? p2 = p1 ? ? ? ?n ? ? ? 1?
3

(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。由上述推导 可以知道,采用转速调节法的节能效果很明显。随着变频调速技术不断成熟,风机水泵采用变频器来控制 其转速。由电机转速公式:n=60f/p,其中,n为电机同步转速,f为供电频率,p为电机极对数,可知电机 供电频率f与转速成正比。这样,采用变频器调速时,变频器的输出频率与流量、扬程及电机轴功率也有上 述的n次方(n=1,2,3)比例关系。

三.变频改造节能预计计算公式:
1、 预计改造前工频运行功率计算公式

P工 ? U ? I ?1.732? cos?



P工 = 用电量÷相应时间
I ——工频运行电机电流,A;

其中: U ——工频运行电机电压,kV;

P工 ——工频运行功率, kW ;
2、预计改造后变频运行功率计算公式:

cos? ——工频运行功率因数;

P变 = P轴 ×MAX( Q工 /Q额 ; H 要求 /H 额 )?÷η 1
其中: P变 ——变频运行功率

P轴 ——额定轴功率
H 要求 ——要求阀门出口后压力
MAX——表示取二者之大

Q工 ——工频运行流量

Q额 ——额定流量
η 1——变频装置效率

H 额 ——额定压力

3、预计系统节电率计算公式: 改造前工频运行功率-改造后变频运行功率 系统节电率= 改造前工频运行功率

×100%

注释:

1、以上节电收益计算为理论计算,结算时以现场测试的真实数据为准。

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二、节电数据考核计算方法
装变频器前事先就该台电机安装一个电度表和累时器,运行 10~15 天后把电度表和累时器的数字抄下 来,则可算出该台电机每小时平均电耗即工频电耗=

(十天后电表读数? 起始读数) ? 互感器倍率 十天后累时器读数

待十天后安装变频器,用同一电度表计量,半月或一个月结算节电费时则可计算出该电机变频运行电 耗 =

(本次电表读数? 切换时电表读数 ) ? 互感器倍率 变频器累时器累时数

从以上计算可得出该台电机每小时可节电=工频电耗-变频电耗 本月节约电度数=(工频电耗-变频电耗)×本月变频器运行时间。

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第五章 使用变频器的间接效益
变频器改造后,对整个控制工艺有较大改善,对生产成本也有一定的降低,综合考虑,变频改造具有 以下几方面的优点: (1) 网侧功率因数提高 原电机直接由工频驱动时,满载时功率因数为 0.81 左右,实际运行功率因数远低于 0.8。采用变频调 速系统后,电源侧的功率因数可提高到 0.9 以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网 要求,可进一步节约上游设备的运行费用。 (2) 设备运行与维护费用下降 采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机转速也降低,主设 备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长;并且变频改造后阀门开 度可达 100%,运行中不承受压力,可显著减少阀门的维护量。变频器运行中,只需定期对变频器除尘, 不用停机,保证了生产的连续性。随着生产的需要,调节风机的转速,进而调节风机流量、压力既满足生 产工艺的要求,工作强度又大大降低。采用变频技术调速后,减少了机械磨损,维护工作量降低,检修费 用下降。 (3) 用变频调速装置后,可对电机实现软启动,启动时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。风机启动 时的噪音和启动电流非常小,无任何异常振动和噪音。 (4) 与原来旧系统相比较,变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能,更完善 地保护了电机。 (5) 操作简单,运行方便。可通过计算机远程给定等参数,实现智能调节。 (6) 适应电网电压波动能力强,电压工作范围宽,电网电压在-10%~+10%之间波动时,系统均可正常运 行。

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第六章 GD200系列变频器简介
GD200 系列通用型变频器为 GD 系列通用变频器功能增强型产品,采用 DSP 控制系统,完成优化的无速 度传感器控制、V/F 控制,功能更优化,应用更灵活,性能理稳定。可广泛应用于风机、泵类负载及对速度控 制精度,转矩响应速度、低频输出特征有较高要求的应用场合。GD200 系列通用型变频器综合技术特性:

一、输入输出特性
输入电压范围 输出电压范围 380V±15% 0~额定输入电压 输入频率范围 输出频率范围 47~63Hz 0~400Hz

二、外围接口特性
可编程数字输入 可编程模拟量输入 可编程开路集电极输出 继电器输出 模拟量输出 8 路开关量输入,1 路高速脉冲输入,支持 PNP、NPN 双极性光耦隔离输入 AI1:-10~10V 输入,AI2:0~10V 或 0~20mA 输入 2 路输出(开路集电极输出或高速脉冲输出) 2 路输出 2 路输出,分别可选 0/4~20mA 或 0~10V

三、技术性能特性
控制方式 调速比 优化的 V/F 控制 1:100 过载能力 载波频率 150%额定电流 60s; 180%额定电流 10s 1~15.0kHz

四、功能特性
◆频率设定方式:数字设定、模拟量设定、脉冲频率设定、串行通讯设定、多段速及简易 PLC 设定、 PID 设定等,可实现设定的组合和方式切换。 ◆PID 控制功能 ◆简易 PLC、多段速控制功能:16 段速控制 ◆摆频控制功能 ◆瞬时停电不停机功能 ◆转速追踪再起动功能:实现对旋转中的电机的无冲击平滑起动 ◆ QUICK/JOG 键功能:用户自由定义的多功能快捷键 ◆自动电压调整功能:当电网电压变化时,能自动保持输出电压恒定 ◆提供多种故障保护功能:过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等保护功能

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第七章
一、质量保证

质量保证及服务承诺

本公司产品自用户从厂家购买之日起,实行为期 18 个月的免费保修期(出口国际/非标机产品除外) , 并享有有偿终身服务。 但是,如由于下述原因引起的故障,即使在保修期内亦作有偿修理: 1、由于使用错误,自行改造及不适当的维修等原因: 2、超过技术标准规范要求使用: 3、地震、火灾、雷击、异常电压、其它自然灾害等原因 (未尽事宜详见《GD200 系列通用型变频器说明书》保修条款)

二、服务承诺
1、在质保期内如果不是因操作不当和不可抗力因素而出现故障,我方负责进行免费维修; 2、售后服务的承诺:服务 2 小时内响应,24 小时内抵达现场服务; 3、超过保修期的修理,在修理后向用户收取器件费用。

公司:深圳市英威腾电气股份有限公司 电话:400-700-9997 网址:www.invt.com.cn 地址:深圳市南山区龙井高发科技工业园4# 日期: 2012 年 12 月 25 日

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