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 Plant Abstract:This paper introduces the application of high voltage inverter in Chemical Plant. The result shows that the p

2、ower 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,若生产量大

3、,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,又能节省变频器投资及减少配套设施

4、。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。 母线图1 高压变频调速装置主回路(一拖一方案变频器一次回路由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

5、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图2。单元A1单元A2单元A3单元A4单元A5单元A6单元A7单元A8单元A9单元A10单元B1单元B2单元B3单元B4单元B5单元B6单元B7

6、单元B8单元B9单元B10单元C1单元C2单元C3单元C4单元C5单元C6单元C7单元C8单元C9单元C10 M3PH 10KVAC 移相变压器 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

7、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 图5 10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:PN =6300kW,UN=10kV,IN=416.4A,cos=0.85,=0.95且电机运行情况

8、为每天在150A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 1=3UNI cos=3×10×150×0.85=2208.3(kW当实际运行电流I=150A时,由于负载率= P/PN =3UNI cos/PN则我们可以通过运算得到风机的负载率=1.732×10×150×0.85×0.95/6300=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=

9、33%n风机消耗功率P2=PN ×(n/ n3=6300×0.333=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= P2×1.2=271.68(kW风机进行变频改造后,功率节约为:P 1-P2=2208.3-271.68=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,运行效率也大大提高。5、结论对某化工厂主风机实施了变频改造后,节约了大量的电能,改善了工艺过程,电机实现了软启动,延长