动力源基于HINV系列变频器的综合节能项目在川威钢铁有限公司的应用.doc

动力源综合节能改造项目在川威钢铁有限公司应用北京动力源科技股份有限公司 鲁鹏摘要：变频调速近年来在工业企业的大量应用，不仅因为它的调速作用，节能作用，更进一步的是因为它的自动化程度越来越高，因此。在工厂不同的生产线扮演的角色日益受到企业的青睐。本文着重介绍了动力源HINV系列变频器在川威钢铁各个生产线改造的效果和经济效益分析以及对于综合节能项目的应用。关键词：北京动力源 川威 综合节能1、 项目概况四川省川威集团有限公司是以钢铁为主业，集机械加工制造、汽车运输、工业安装和民用建筑、发电、炼焦、房地产开发、公路营运、科研开发、贸易（含进出口）、休闲旅游为一体的跨地区、跨行业、跨所有制的大型企业集团。川威现拥有16个子公司、6个分公司、1个发电厂，总资产12.5亿元，占地面积3平方公里，员工5300余人。目前拥有年产钢100万吨、生铁100万吨、钢材100万吨、机焦30万吨的综合生产能力，是全国65家重点钢铁企业，四川省工业企业最大规模50强，最大纳税50强和最大市场占有份额30强。产品畅销全国各地，先后被二滩水电站、深圳国贸大厦、广东茂名30万吨乙烯过程、重庆长江大桥、广安火电站，纂江新虹桥等一些大型工程、国家重点工程和知名工程指定用钢材。并远销新加坡、菲律宾、印度、越南、美国、巴基斯坦等国家，深受中外广大用户的好评和信赖。2008年6月川威集团成立了重点节能改造工程项目部，北京动力源公司应川威集团钢铁事业部邀请，对下属所有分厂用电情况以及电能质量进行分析评估。为此，北京动力源公司派出专家组从川威生产现状入手，全面测试、分析。经过专家组与川威集团重点节能改造工程项目部集体论证，北京动力源公司为川威集团下属的各个分厂提供了综合节能改造可行性报告。报告详细阐述了目前生产中存在的能源浪费问题，对于整个厂区电能质量情况提供了可靠数据和改造措施。2、 主要技术介绍2.1、HINV系列高压变频器优势2.1.1、技术性能系列高压变频器是北京动力源科技股份有限公司自主研发生产的电压型高压变频器调速装置，采用36脉冲以上的输入整流移相技术，正弦波调制方法，全中文HINV系列高压变频装置外观图操作界面，具有可靠性高，高性能优越，操作简便等特点，具体设计要求如下： 1：变频器是采用了最新设计制造技术的产品, 其内部元器件采用优质进口元器件, 使用寿命长，系统设计最简化, 提高了设备运行的可靠性, 确保了整套变频器质量； 2：输入功率因数高，无须配置功率因素补偿器。变频器的总谐波满足IEEE-519标准和GB/T14549/93电能质量、公用电网谐波有的关规定；3：变频器内部采用PLC，易于使用，便于控制功能扩展；4：变频器在高压主电源完全失电200毫秒内不停机；5：变频器支持来电自启动及飞车启动功能；6：高压主电源欠压达到65%时不停机，变频器自动降额运行，待电压恢复正常后再自动回到原来设定的速度；7：变频器可以承受+10% -10%的电源波动，继续正常运行；8：变频器控制电源使用交流380V和直流220V均可，并且变频器由自身的变压器二次侧提供备份控制电源，另外还配备有UPS电源，充分保证了在控制电源发生故障时变频器仍可以继续运行，同时提供报警信号； 9：变频器的电流过载是按反时限特性曲线控制；10：变频器具有功率单元旁路技术。当某个功率单元发生故障时，变频器自动旁路运行，同时提供报警信号；11：如果发生控制变频器输出频率的模拟信号掉线或短路时，变频器保持原有输出频率不变（保位运行），同时提供报警信号；12：当变频器发生故障或需要检修时，采用旁通设计能以手动方式或自动方式（用户选购件）使电机转为工频运行，保证生产进行；13：变频器有过电压, 过电流, 欠电压, 缺相, 变频器过载, 变频器过热, 电机过载, 输出接地, 输出短路等保护功能。并提供联跳现场输入侧高压开关的接点；14：变频器对故障按轻重缓急分级处理，智能选择报警、降额运行、紧急停机，变频器过载150%时立即保护停机；15：变频器对输出电缆的长度没有限制，电机不受变频器共模电压及 dv/dt 应力的影响；16：变频器具有各种防止误操作的措施，如：柜门具有保护连锁，变频/工频旁通开关组保护连锁，在变频器故障时提供跳掉高压电源的信号，紧急停车按钮等；17：变频器配备汉字显示的液晶显示屏，可实现变频器参数设定和显示电机电压、电流、频率等状态参数；变频器具有很强的故障诊断能力和精确的故障定位能力，当有故障发生时，在液晶显示屏上显示故障位置、类别，使故障点一目了然。根据现场实际和用户要求，可就地控制也可远程控制变频器系统结构如下所示： 内部是由24个功率单元组成，每8个单元为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相隔离变压器进行供电，原理图如图所示。2.1.2、功率单元结构图功率单元内装三相整流桥，滤波电容和用于逆变的功率器件IGBT以及控制板件。单元控制板由驱动电路，检测保护电路和光纤通讯等电路组成。单元控制电源为单元控制板提供工作电源。2.1.3、多电平叠加SPWM电压输出 HINV系列高压变频器输出为多电平叠加的SPWM电压，dv/dt低，电动机正弦性好，不需要增加外部输入输出滤波器，不增加电动机的转矩脉动，不损坏电动机。 2.1.4、主回路简图如下：说明：10kV电源从高压柜经变频装置输入刀闸QS1到高压变频调速装置，变频装置输出经出线刀闸QS2送至电动机；10kV电源还可以经旁路刀闸QS3直接起动电动机。变频装置的输出刀闸QS2和旁路刀闸QS3互相闭锁，即QS2和QS3不能同时闭合。变频运行时，断开QS3，闭合QS2和QS1；工频运行时，断开QS2和QS1，闭合QS3。当变频装置出现故障时，立即断开出线刀闸QS2和进线刀闸QS1，将变频装置隔离，闭合旁路刀闸QS3，在工频电源下起动电动机。2.1.5、二次回路及控制控制系统由光纤板，信号板，主控板，PLC和人机界面组成，用户提供220V或380VAC电源。控制系统与功率单元之间采用光纤通讯，实现了强弱电之间的光电隔离。PLC用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和模拟信号的逻辑处理。内置PLC控制器配置有可编程的32个开关量输入端子和24个开关量输出端子。可以通过外接的计算机，使用PLC软件编程器进行梯级命令编程、设置和调试。还配有6个模拟输入端子和5个模拟输出端子，实现4-20MA电流信号和0-10V的电压信号的输入/输出。2.2、磁性消谐磁性消谐即磁场滤波技术。根据软磁材料的特性，组成三相120品字型磁路对称结构，根据电磁转换原理，通过特殊绕组和移相接线形成特定的磁路，利用磁路而非电路进行滤波的新技术（不含电容器的滤波新技术）。当含有各次谐波的负载电流流经磁性滤波器时，由于其特殊的磁路引导，使基波电流顺利通过，而谐波电流在磁路中形成方向相反的磁通，相互抵消。达到消除谐波、提高功率因数、净化和节约电能的目的。从磁场基本原理可知，磁力线或磁通总是闭合的，凡是磁通（或磁力线）经过的闭合路径称为磁路。磁通和电路中电流一样，是有方向性的，在同一相的磁路中，磁通可以矢量相加，通过不同的线圈和连接方式，能在同一相的磁路中产生方向相反的磁通，叠加相抵后磁通减小或消失，不再转换出谐波电流。磁场滤波技术就是通过模拟计算，设计特定的磁路，使谐波电流产生的磁通相互抵消，减小电压电流的相位差，改善电流电压波形，不但滤波还提高了功率因数。该项技术的应用不但在电能质量方面得到有效提高，而且避免了近年来由于谐波造成的某些设备的通讯故障以及供电系统的附加损耗增大。3、 经济效益分析3.1、直接经济效益分析一期工程项目经济效益分析：设备名称设备型号额定功率（kW）工频变频节电率实际时耗功率因数实际时耗功率因数主轴风机HINV-06/1400B1120719.20.86432.90.9639.8%中压水泵HINV-06/450B3553690.823213.750.9642%高压水泵HINV-06/280B220222.80.83154.60.9630.6%除尘风机HINV-06/790B6303300.83119.20.9667%中压水泵HINV-06/450B3555180.8233180.9638.6%高压水泵HINV-06/280B220191.80.805109.60.9643%6#中压水泵HINV-06/450B3553690.8062100.9634%供水泵HINV-06/280B220206.80.805138.70.9632.9%除尘风机HINV-06/630B5004500.811130.9675%除尘风机HINV-06/630B5002520.81900.9664%合计装机总量（kW）4475平均节电率（%）46.69一期工程设备自2008年9月份先后并网投运以来，至今所有设备运行稳定可靠，节能效果显著；根据现有统计数据显示，按照年平均运行时间7100小时计算，年节电量为1200万度，折合1476吨标煤。平均节电率约为46.69%，超过了预期的节能计划。根据设备投入的总费用（含工程费），不到一年就可全部回收成本，次年创造纯利。二期工程项目经济效益分析：鉴于一期工程的突出成绩，川威公司领导加强了对节能项目的科学管理，积极推动节能工作深入持久地开展。同时，北京动力源公司也加大了该项目的投入力度，目前对于炼铁和炼钢厂的其它设备运行情况再一次进行了深入的摸底考察，确定了对于其它十台有较大节能空间的设备，预计节能情况如下表：设备名称适配变频额定功率（KW）节电率年节约电量(KWh)炼钢厂1#炉一次除尘风机HINV-06/1400B1120kW40.6%1824989.7炼钢厂2#炉一次除尘风机HINV-06/1400B1120kW25.9%1185861.6 炼钢厂3#炉一次除尘风机HINV-06/1400B1120KW34.9%1165778.6 炼钢厂二次除尘风机1#HINV-06/2000B1600KW17.2%1369209.6 炼钢厂二次除尘风机2#HINV-06/2000B1600KW17.2%1369209.6 炼铁5#高炉炉前除尘风机HINV-06/790B630KW30.3%892320炼铁1.3#高炉炉前除尘风机1#HINV-06/790B630KW24.3%570680炼铁1.3#高炉炉前除尘风机2#HINV-06/790B630KW25.6%7079601.3#动力房（4）#高压水泵HINV-06/450B220KW32%498564 1.3#动力房（3）#高压水泵HINV-06/450B220KW32%498564 合计装机总量（kW）8890KW平均节电率(%)28%合计年节约电量(KWh)10083137.1目前，二期工程十台设备已经发货至现场。相应的土建工程已经完工，设备在紧张的安装中。三期工程规划：前期节能改造工程为公司取得了较好环境效益、经济效益。但节能是川威企业发展经济的一项长远战略方针，是永恒的课题。也是北京动力源公司服务企业、服务社会的一项重大举措，我们将一如既往地做好节能降耗服务工作，使高压变频节能改造有计划地进行下去。根据经验可以初步估计炼铁分厂高炉鼓风机风机的节能空间在15-30%左右。三期工程计划于2010年初实施，主要包括：焦化6期生产线投运后将继续沿用变频调速方案；星船城水泥股份有限公司在南威水泥250