高压变频技术改造可行性研究分析报告

1、天池矿业集团延吉球团厂10kV、1250W引风机高压变频技术改造可行性研究报告长春一鸣能源科技开发有限公司2011年9月2日目 录概述存在的问题系统改造技术方案高压变频器的差不多规格高压变频器的要紧特点运行效果及经济分析结论附件1kV、120kW引风机变频技术改造可行性研究报告概述 国家第十二个五年打算纲要中，提出了在满足社会经济持续进展需要前提下实行“节能减排”的政策。由于我国目前电源结构分布不合理，严峻缺乏调峰电源，随着电力系统商业化运营的不断进展，各大型生产企业的节能降耗工作已成为降低用电成本、提高经济效益的重要措施之一。“节能减排”不仅是长期的差不多国策,也成为一项必须为之的任务。对一

2、般工业生产企业而言，电机容量大、能耗高的辅机设备只能按定速的方式运行，功耗无法随机组负荷变化进行调整;只能采取改变挡板或阀门开度的方式调整辅机运行工况满足机组运行需要。因此，需要采纳一种手段来及时地调节风机、水泵等辅机主设备的运行状态，改变其运行速度、频率、电压和功率等参数;使之既满足生产要求，又能够达到节能降耗、减少因调节挡板或阀门开度而造成的经济损失。目前，实现辅机调速的重要手段之一是采纳变频技术。已在工业领域广泛使用的高压变频技术既能够满足辅机负荷变化的运行要求,又能够降低设备损耗、节约电能。引风机是锅炉送引风系统的要紧设备之一。通过操纵引风机入口挡板开度调节引风量，维持炉膛负压在一定的

3、范围内运行。假如炉膛负压太小,炉膛容易向外喷粉，既阻碍环境卫生,又可能危及设备和操作人员的安全;负压太大,炉膛漏风量增大，增加了引风机的电耗和烟气带来的热量损失。因此，操纵引风量大小,稳定炉膛负压值，对保证锅炉安全、经济运行具有十分重要的意义。二、存在的问题天池矿业集团延吉球团厂，采纳1台定速电动机带动引风机,靠液力耦合器调节引风量,以适应机组负荷变化。液力耦合器是液力传动元件,是利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动装置，它相当于离心泵和涡轮泵的组合。将其安装在异步电机和负载(风机、水泵等)之间来传递转矩,能够在电机恒速运转情况下，无级调节负载的转速。液力耦合器是一种转差损耗的低效调速

4、设备。在高压变频技术尚未成熟,尚未在工业中应用之前,液力耦合器在风机、水泵等调速节能方面曾有过较多的应用，发挥过其应有的作用。随着高压变频调速技术的日渐成熟及应用推广,液力耦合器也将逐步退出风机、泵类调速节能的市场。相比较于高压变频装置,液力耦合器存在如下缺点：1、高压变频器调速范围宽,达到10:1以上，甚至达到100:；而调速型液力耦合器的调速范围最大为：1。2、高压变频器调速精度高达01Hz，而且稳定性高;液力耦合器调速精度差，转速波动大。3、高压变频器效率高,无转差损耗,其效率达0.95以上,同时不随调速的范围而变化;液力耦合器效率低,其效率与调速比成正比,负载的转速越低，其效率越低。液

5、力耦合器属转差损耗型调速，是低效调速设备，在调速的过程中转差功率以热能的形式耗损在油中。这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式,否则威胁到液力耦合器安全,进而导致停机，阻碍生产。、高压变频器没有转差率问题，负载与电动机同轴,电机能达到额定转速,即电机转速与负载转速相同，能达到额定压力和额定风量。在电机结构同意的情况下，还能够超过额定转速运行;液力耦合器由因此柔性连接,存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率3%，因此负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载（风机)就不能达到额定输出,其压力最高只能达到额定压力的94%,而风量最高只能

6、达到额定值的91左右。5、高压变频器具有真正意义上的软启动功能,它能够使启动电流保持在额定电流之以内,可不能对电网造成冲击,也可不能对所传动的负载造成机械上的冲击，是最理想的软启动设备;液力耦合器属于直接起动类型,电动机的起动电流约为额定电流的4-7倍,易对电网造成冲击，特不是电网容量受限而电机容量较大时。6、高压变频器可靠性高，故障率低,维修工作量小,这在众多高压变频器应用中得到证实；液力耦合器则可靠性差，特不市易漏油和打坏齿轮等，维修工作量高。、高压变频器一旦发生故障则可立即切出，并切换到工频运行,使负载能保持连续运行。液力耦合器由于连接在电机和风机之间,一旦发生故障，负载便不能运行，不能

7、保证生产的连续性。、高压变频器能够一机多用，即一台高压变频器能够通过开关切换设备操纵几台高压电机的运行,设备利用率高;液力耦合器由于安装位置固定,只能一机一用,一台液力耦合器只能供一台负载调速使用。9、高压变频器由于采纳二极管整流,能够保证电网侧的功率因数在0.5以上；液力耦合器调速则使电网侧功率因数降低,因为风机的电机的裕量都比较大，输入电流中无功重量大，导致其在低功率因数下运行。目前国内使用中的1kV高压变频器的品牌许多。通过综合技术、性能、价格比较,以北京中能博瑞公司生产的RUI牌高压变频器产品性价比为最佳。它采纳先进的功率单元串联叠波技术、空间矢量操纵的正弦波PW调制方法、新颖的全中文

8、操作界面和高性能IGBT功率器件，可靠性高、性能优越、操作简便。可应用于高压交流电动机驱动的风机、水泵类负载的调速、节能、软启动和智能操纵等多种场合。另外，由于系统结构的改进和先进技术的应用,高压变频器无需安装功率因数补偿装置，全程功率因数在5%以上，综合效率高达98%；无需加装电抗器和输入输出侧滤波装置即可满足现场对谐波和电磁噪声污染以及对电机输出的正弦电压电流波形的严格要求。BORUI牌高压变频器通过了国家电力科学研究院、国家电控配电设备质量监督检验中心等权威部门的严格测试。在质量保证体系方面,公司通过了ISO01 200认证，是国内首家获得国家煤矿防爆安全产品质量监督检验中心Y认证的高压

9、变频器生产企业，同时也是高压变频器国家标准的要紧参与制定与支持单位之一。RUI牌高压变频器拥有良好的运行业绩,在产品质量和服务方面深受用户好评,在诸多应用领域处于国内领先地位。三、系统改造技术方案引风机变频系统改造的主电气接线方案如图所示:原工频操纵回路保持不变,在原高压电机10KV开关与电机之间串联进BORUI高压变频器，取消原液力耦合器装置，增加工/变频旁路刀闸柜。旁路柜开关选用隔离刀闸方式，其中DK1与K3机械互锁，即DK1闭合时D3必定断开，反之亦然。旁路柜的作用是变频器推出运行后,将电机投入工频电网运行,以保证生产的连续性。当引风机变频运行时,合变频器输入（DK1)、输出()隔离开关

10、，断开旁路开关（DK3),由变频器实现引风机启停及转速操纵实现风量调节;当变频回路出现故障,引风机需工频运行时,合旁路开关（DK3),断开变频器输入(DK1）、输出(DK2）隔离开关 ，由原系统实现引风机启停及操纵。该变频操纵系统能够与DCS连接,进行数据通讯，运行人员能够通过DCS中的画面对引风机的工作电流、转速、输出功率以及运行、停止、故障等状态进行实时监测与操纵。经改造后的引风机操纵系统要紧体现出以下特点:(1)效率高,能耗低，节能效益显著,性能价格比高。(2）启动转矩大、电流小，机械特性好。由于采纳矢量操纵技术使得速度操纵和瞬态响应的精度大大提高。（3）系统动态响应速度快，调节线性度好

11、，自动投入率高。(4）系统抗干扰能力强,操作方便、工作可靠。(5)采纳多重化干式隔离变压器进行输入侧隔离，减小了对电网的谐波污染。(6）具有极强的自诊断和爱护功能,能够对短路、过热、过电流、过电压、欠电压、缺相等故障进行快速有效的诊断和爱护。四、BOUI-Y10kV高压变频器的差不多规格型号BRI-Y/096变频器容量(A）1600适配电机功率(kW)1250额定输出电流(A)9外型尺寸(WH)301015重 量(g）570调制 技 术空间矢量操纵的正弦波P输入 频率4Hzz输 出频率0Hz到120Hz分 辨率0.01z加减速时刻10秒到10秒额定输入电压0kV（-20%15%)输入功率因数额

12、定负载下.6效 率额定负载下0.9(含变压器)过 载 能 力12%一分钟，15%立即爱护模拟量输入两路,01/420mA，任意设定模拟量输出两路，010/2m可选开关量输入输出24入/6出(可按用户要求扩展）上位 通讯隔离RS85接口,MODBU规约每相串联单元数控 制 电 源20VAC，1kVA运行环境温度0到40贮存/运输温度-40到0冷 却 方 式强迫风冷环 境湿度0%,不结露安装海拔高度0米(超过1000米时,需降额运行)防 护 等级IP0五、ORU高压变频器的要紧特点BOUI系列高压变频器采纳交-直-交直接高压（高高）方式,主电路开关元件为IBT。由于GBT耐压所限，无法直接逆变输出

13、kV、k,且因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。ORUI变频器采纳功率单元串联,叠波升压,充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有专门高的可靠性。BU系列高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品质量保障措施、系统安全设计和服务方面，具有以下优势和特点：输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。无须滤波器和功率因数补偿,可直接驱动电机；系统操纵电源采纳22AC和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠、操作更简便。其他产品一般采纳柜内PS供电,在柜内高温条件下，UPS电池寿命短、故障率高，且开、停机时,操作烦琐;冷却风机采纳高压主电源降压后直接驱动,风机仅在上高压电后运

14、行。系统2VA操纵电源容量仅需A，且幸免了冷却风机启、停时对操纵系统的干扰;功率单元工作电源为高压开关电源，直接取自单元内部电容，幸免了瞬时掉电对单元的阻碍；更适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为UN+120%,如0kV系列可稳定运行于1.5KV电压条件下；瞬时停电爱护功能。当主电源失电后，变频器操纵电机处于发电状态运行,为单元电容充电，并为单元操纵电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。瞬时停电时刻典型值为秒(具体时刻长短与负载的转动惯量大小有关)；限流功能。幸免启动或负载突然变化时,使变频器输出电流过大而导致爱护动作;操作平台采纳全中文INN系统，易学易用,运行稳定；结构紧凑，

15、体积小。与国内同容量产品相比，柜体宽度缩小0610米;完善的上位操纵功能。可与DS系统实现通讯（采纳标准MODU通讯规约)或IO方式连接。要紧器件均采纳世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品,均实现100的严格测试。各系列产品出厂前均完成100%72小时以上负载测试记录，确保产品的可靠性。功率单元模块化设计，维护简单;二次接线模块化设计，现场接线简单，安装周期短;有较强的工程设计能力和沟通意愿,能依照用户现场条件和操纵要求量身定做，及时满足用户的不同需求;六、运行效果及经济效益分析通过对原系统的分析和对变频改造后的研究论证;经改造后，系统在运行稳定性和经济性上得到明显改善:能够特不

16、平滑、稳定地调整风量，运行人员对锅炉的调整操纵更为稳定自如。大大改善了锅炉自动操纵系统的工作状况，使系统自动调节性能大大提高，改善了调节品质。锅炉燃烧状况明显改善，炉膛负压稳定，消除了炉膛喷粉、漏风等现象的发生。引风机能够随机组负荷的变化而调节输出功率,达到了节能的目的。引风机单耗明显降低（一般降低0-%)。消除了挡板开度调节引起的节流损失,提高了系统效率。由于变频器对电动机的软启动和爱护等功能,降低了设备损坏,延长了使用寿命，减少了设备维护量。经济效益预测：经高压变频改造后的引风机转速调节系统与改造前的定速运行方式相比，其节能效果计算如下: (1)参数情况：电动机输出功率:2kW。年运转时刻

17、:6000小时。运转类型：1/时刻（000小时)工作在85%负荷，1/2时刻(300小时)工作在0%负荷。（2）工频定速状况下运行：负荷在85%时：需要功率=98%1250k=1225kW负荷在50%时：需要功率=%1250k=117kW全年消耗电量:（25kW+7kW）00h=7200000kWh（3）变频调速状况下运行：负荷在%时：需要功率=66%150kW=2W负荷在50%时:需要功率=36%125W=450W全年消耗电量：（85kW+40k）0h=382500kWh （4）全年节能效果：720000-82500=33700kWh节电率：37002000=.875% (5）全年节约资金：

18、按网上电价约0.5元/kh计算：0/kW335000kW 68.5万元，预测大约在1年2年能够收回改造投资。除了上述直接经济效益外,还有许多间接经济效益: (1)采纳变频调速,消除了大电动机启动时对电网电压的波动阻碍。 ()采纳变频调速,消除了大电动机大电流启动时的冲击力矩对电机损坏。(3)采纳变频调速，延长了电机等设备的使用寿命，减轻了维修人员的工作量，降低了维修费用。(4）提高了系统自动装置的稳定性，为系统的经济优化运行提供了可靠保证;系统的运行参数得到改善，提高了效率。七、结论 从上述分析能够得到如下结论： (1)高压变频器在引风机上应用，节能效果十分明显，按前面的测算节能达46875%

19、,大约.5至2年能够收回改造投资费用。 （2)在引风机上采纳变频调速系统后，特不采纳自动闭环系统后,专门好的保持炉膛负压稳定,减少了热量损失,对系统经济优化运行提供了可靠保证。 （3)电动机启动对电网没有冲击,系统综合效率高达9%，功率因数高达95%,对电网为完美无谐波输入，对电动机为完美的正弦波，不需设置任何滤波器、交直流电抗器、功率补偿器、输出变压器等。 （4）当负载功率减小时，风机功耗下降，噪声随之降低，电机、风道等设备延长了使用寿命，维修量下降,节约维修费用和维修时刻。 (5)高压变频器所具有的优越性能和技术特点,保证了送引风系统的工艺要求能够完美的实现，并达到最佳的运行状况。八、附件

20、 BORI高压变频器国内产品业绩表序号规格型号电压容量负载类型数量用户单位备注1BORY06/2006kV180kW除尘风机台大冶专门钢股份有限公司BORUI-Y06/0776k630W注水泵台东营东日电气有限公司3BRU-Y06/0776V630k泥浆泵1台人民电器集团双鸭山销售有限公司4BORUI060806kV630W除尘风机1台武汉朗涤环保科技工程有限公司BORU-Y10/0461050k除尘风机台重庆鼎泰拓源氧化铝开发公司6ORI-06/077kV630W除尘风机1台太钢集团东方钢铁有限公司7BUI-Y0/0776kV60kW除尘风机1台太钢集团东方钢铁有限公司（续购)8BOR-0/

21、076kV630kW风机台东方管业9OUI-Y06/0776kV630kW矿井提升机1台九里山煤矿1BOUIY10/46V630k水泵1台浙江衢州市第三水厂1R-20k1000kW除尘风机台大冶专门钢股份有限公司12BRI-Y06/26kV100W风机1台天津市电力科技进展公司13BORUI06/1206kV100W风机台天津市电力科技进展公司14BORY0/0616kV500kW矿井提升机1台山东龙口煤矿15BORUI-30313V20灰浆泵1台保定三伊电力电子有限公司16BOUY10131V1800kW除尘风机2台攀枝花钢铁公司炼铁厂17BORUI-06/146k250W除尘风机台重钢股份

22、公司炼铁厂1RUI-Y0/0966kV710k水泵2台云南宣威电厂19BOUI-Y06096kV710kW水泵2台云南宣威电厂(续购)0BO-Y10/0910kV400kW水泵1台海宁第二水厂21BORI-Y1/0310kV500原磨风机1台湖北金龙水泥有限公司22BRUI-Y10010kV6kW循环水泵1台山东海化集团潍坊振兴焦化有限公司2BOR-Y6/6k400k窑尾风机台浙江新都水泥有限公司2BRUI-Y0/09kV00kW送风机1台山西榆社化工有限公司5BORI-Y6066kV00W循环硫化床1台吉林梅河口市阜康酒精有限公司26BOUI-Y06/016kV50kW循环硫化床1台吉林梅河

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