1600KW风机在电厂变频器改造上的应用课件

三、

變頻改造技術方案對於變頻改造專案來說，

應從實際出發，

全面考慮，

綜合比較，

首先是必須保證變頻調速裝置的可靠、

穩定運行。其次是節能降耗和技改投資的回收。再次是盡可能避免更換原有電機，

減少系統的變動。最後，

變頻調速裝置盡可能安裝在現成的廠房、機房或控制室等建築內，

避免增加土建工程。採用變頻器對風機進行控制的目的：

改善工藝過程，

提高控制性能，

減小風機起停電流，

延長設備的

使用壽命，

減少維修量。保持風機出口風門最大，

通過改變變頻器的輸出頻率（電機速度）

來調節風量，

以節約原來通過改變風門開度調節風量時浪費在風門上的能源。根據一次風機實際使用情況，

所配置的變頻器型號是：

CL2700-06/2000。1、變頻改造一次接線原理圖及配置採用

CL2700-06/2000

系列高壓大功率變頻器進行改造後，

電氣系統一次原理圖如圖

1

所示：變頻調速技術是當代最先進的調速技術，

它不僅能夠為我們提供舒適的工藝條件，

滿足用戶的使用要

求，

更重要的是這項技術應用在風機、泵類等具有平方轉矩特性的負載時，

可以節約大量的能量，

最大節

能率可以達到

50％～75％。因此應用此項技術進行節能改造將會有非常明顯的經濟意義，

同時它也具有優

良的環境意義和優異的速度調節性能。例如

1

臺

300MW

火力發電機組一般配置引風機

2

臺，

單臺功率

2500kW；送風機

2

臺，

單臺功率

1600kW；

排粉風機

4

臺，

單臺功率

850kW；再迴圈風機

2

臺，

單臺功率

475kW；鍋爐給水泵

2

臺，

單臺功率

5600kW；

迴圈水泵

3

臺，

單臺功率

1100kW

；凝結水泵

2

臺，

單臺功率

1000kW

等。這些風機水泵都需要根據運行

的負荷情況進行流量調節，

因此都有節能的空間，

只是不同的情況下節能的效果有差異而已電機參數電機型號YKK630-4電機功率1600KW輸入電壓6kV輸入電流174A額定轉速1484

轉/分風機在電廠變頻器改造上的應用二、

凝結水泵配套電機技術參數及實際運行參數1600KW一、

概述主要配置為：1)

控制櫃；2)

模組櫃；3)

變壓器櫃；4)

旁路櫃；2、變頻器外形尺寸如圖

2

所示：3、變頻器用戶介面如圖

3所示：4

、變頻器安裝要求4.1

變頻器需安裝在室內，

室內高度不小於

4M

，室內需作簡單的防塵處理。規

範單位參

數備註1使用標準Q/SCLB001-20082型式及型號套CL2700-06/20003供貨商及產地深圳市科陸變頻器有限公司產地：

深圳4安裝地點室內5技術方案高-高型，

IGBT

多單元串聯多電平逆變器（6

單元

串聯）6對電動機要求普通鼠籠式非同步電機7額定輸入電壓/允許變化範围kV6.3kV±10%8系統額定輸出電流A1909額定容量kVA200010額定輸入頻率/允許變化範围Hz50±1Hz11變頻器效率>96%12對電網電壓波動的敏感性+15%~-35%13諧波輸入電流<4%，輸出電流<4%14輸入側功率因數>96%(>20%負載)15控制方式VVVF16控制電源兩路單相

220V±10%AC,5kVA兩段母線17UPS

型式後備式掉電可維持

15

分鐘18超載能力120%

1min

，

150%

3s

，200%立即保護（<10µs）19電隔離部分是否採用光纖

電纜是20雜訊等級≤80dB21冷卻方式強迫風冷22模擬量信號(輸入)規格及數

量2

路

4-20mA23模擬量信號(輸出)規格及數

量4

路

4-20mA4.2

變頻器的進出電纜為上進上出方式，

所以需在變頻器頂部設置電纜槽。4.3

變頻器需要兩個接地點，

一個為櫃體安全地，

直接連接到變頻器底座上。另外一個為控制電氣地，

需要

與安全地分開，

以保證變頻器電氣免受干擾，

接地電阻均應≤4

歐。5

、變頻器主要技術參數5.1

供方提供的高壓變頻調速裝置的基本參數24開關量信號(輸入)規格及數

量繼電器幹式接點,4

點25開關量信號(輸出)規格及數

量繼電器幹式接點,16

點26進線/出線方式底部進出線27防護等級IP3028操作鍵盤觸摸屏29介面語言簡體中文30進線變壓器類型幹式31進線變壓器絕緣耐熱等級H

級絕緣32進線變壓器冷卻方式強迫風冷33進線變壓器繞組材料銅34櫃體外殼表面防腐處理方

式噴塑35櫃體顏色與產品手冊相同36變頻裝置外形尺寸（L×W×H）mm6260×1200×240237變頻裝置重量kg7450Kg5.2

高壓變頻調速裝置的基本性能1)

變頻器為高－高結構，

6kV

直接輸出，

不需輸出升壓變壓器，

輸出為單元串聯移相式

PWM

方式；2)進線變壓器採用幹式變壓器，

按

H

級絕緣等級設計，

配金屬外殼、冷卻風機，

具有就地和遠方超溫報警和相應的控制功能；

進線變壓器能承受系統過電壓和變頻裝置產生的共模電壓以及諧波的影響。3)進線變壓器允許過負荷能力應符合

IEC

幹式變壓器過負荷導則及相應國標要求。4)

進線變壓器安裝在戶內，

並與高壓變頻裝置佈置在一起。供方負責進線變壓器同高壓變頻

裝置之間的連接。5)

進線變壓器在出廠前已進行出廠試驗。試驗內容和方法應滿足相應的國際標準和國家標

准，

所有試驗應提供試驗報告。6)進線變壓器在各分接頭位置時，

應能承受線端突發短路的動、熱穩定而不產生任何損傷、

變形及緊固件鬆動。7)系統一體化設計，

包括輸入幹式隔離變壓器，

變頻器等所有部件及內部連線，

用戶只須連接高

壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。整套系統在出廠前進行整體測試；8)36

脈衝輸入符合並優於

IEEE519～

1992

及

GB/T14549～93

標準對電壓失真和電流失真最嚴格11)

變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，

轉矩脈動小於

0.1%。變頻器有共振點頻率跳躍功

能，

可避免喘振現象。12)

變頻裝置對輸出電纜長度無任何要求，

電機不會受到共模電壓和

dv/dt

的影響；13)

變頻器可進行空載調試；14)變頻器對電網電壓波動有極強的適應能力，

在+10%～-10%範圍內變頻器能滿載工作，

可以承

受

35%的電網電壓下降而降額繼續運行，

電網暫態失電

5

個週期可滿載運行不跳閘；15)

變頻器效率（包括變壓器）

>96%；16)控制系統採用全數字微機控制，

有很強的自診斷功能，

能對所發生的故障類型及故障位置提供

中文指示，

能在就地顯示並遠方報警，

便於運行人員和檢修人員能辨別和解決所出現的問題；17)具有就地監控方式和遠方監控方式。在就地、遠方監控方式下，

通過變頻器上的觸摸屏顯示，可進行就地人工啟動、停止變頻器，

可以調整轉速、頻率；

控制窗口採用中文操作介面，

功能設定、參數

設定等均採用中文；18)

變頻器高壓主回路與控制器之間為光纖連接，

具有很高的通信速率和抗干擾能力，

安全性

好；19)

控制系統具有線上檢測變頻器輸入電流、輸出電流、頻率等；20)

輸出頻率解析度：

0.01Hz；21)

超載能力為

120%

1min

，

150%

3s

，200%立即保護（<10µs）

，滿足泵類和風機類負荷要

求；22)轉矩特性：

0～50Hz

恒轉矩特性，

額定轉矩輸出，

轉矩階躍回應＜200ms

。50Hz

以上恒功率特

性，

最大轉矩與轉速成反比下降；23)

變頻調速系統運行雜訊<80dB；24)

調速範圍：

0-100%連續可調；25)

加/減速時間

0.1-3000

秒，

可按工藝要求設定，

常規工程

180～300

秒；26)

輸出頻率

0-50Hz(根據電機情況可設定)；27)

變頻器抗地震能力為

7

級，

振動

0.5G；28)

臨界速度可跳過(共

2

組，

可任意設定)；的要求；9)在

20～100%的負載變化情況內達到或超過

0.95

的功率因數，

並且電流諧波少，

無須功率因數

補償/諧波抑制裝置；10)無需加裝輸出濾波器變頻器就可輸出正弦波形的電流和電壓，

因此對電機沒有特殊的要求，

可

以使用普通非同步電機，

電機也不必降額使用。具有軟起動功能，

沒有電機啟動衝擊引起的電網電壓下跌，

可確保電機安全、長期運行；29)

安裝、設定、調試簡便；30)

功率電路模組化設計，

維護簡單；31)

完整的故障監測電路、精確的故障報警保護；32)

自帶冷卻風機，

風機電源與控制電源分開取電，

電源取自輸入側變壓器；

冷卻風機故障由

櫃體風道風壓參數反映並報警。33)

內置

PLC

，易於改變控制邏輯關係，

適應多變的現場需要；34)可靈活選擇就地/遠程控制；35)

完整的通用變頻器參數設定功能；36)

優異的性能/價格比；37)

自備

UPS

，可維持

15

分鐘；38)

變頻裝置有過電壓，

過電流，

欠電壓，

超載，

過熱保護。39)為了保證變頻裝置安全可靠運行，

加有功率單元自動旁路系統。旁路櫃隔離開關之間和變頻裝置電源開關之間須裝設機械閉鎖裝置。變頻裝置兩側的隔離開關在拉開的時候在變頻器側自動接地。6

、CL2700

－06

系列變頻器原理介紹CL2700

－06

系列高壓大功率變頻器的原理結構如圖

2

所示。電網送來的三相

6KV

交流電，

經移相變壓

器，

由其副邊每相的

6

個二次線圈電壓逐個移相

10°，供電給

6

個功率單元(如圖

4

所示)，三相共

18

個功

率單元，

形成

Y

聯結結構。控制

IGBT

的通斷，

即可在

A

、B

兩點之間得到

PWM

波形，

6

個功率單元相疊

加進行波形合成，

可輸出高壓正弦波給感應電動機。每個功率單元的額定電壓為

577V

，相鄰功率單元的輸出聯接起來，

使得變頻器的額定相電壓為

3462V

，

線電壓為

6kV。每個功率單元由一體化的移相變壓器的副邊線圈分別供電。為了降低輸入諧波電流，

移相

變壓器實行多重化設計，

18

套副邊繞組，

採用延邊三角形聯結，

分為

6

個不同的相位組，

互差

10°

電角度。功率單元是一個三相輸入單相輸出的電壓型變頻器(如圖

3

所示)，移相變壓器副邊輸出的

577V

三相交

流電經功率單元的三相二極體整流橋整流後，

經濾波電容形成平直的直流電，

再經由

4

個

IGBT構成的

H

型單相逆變橋，

實行

PWM

控制，

在其輸出端形成電壓在

577V

以下可變、頻率在

50Hz

以下可調的交流電，

每個單元中有

4

種不同的開關組合，

即

V1

和

V4

同時導通，

則輸出正的直流母線電壓+U；V2

和

V3

同時

導通，

則輸出負的直流母線電壓-U；V1

和

V3

同時導通或

V2

和

V4

同時導通，

輸出電壓為

0。由此可見，

4

種不同的開關狀態，

輸出了

3

種不同的電壓，

即+U

、O

和-U。在每個功率單元的

PWM

控制下，

每相

6

個功率單元串聯疊加，

共有

13

種電平即

O

、±U

、±2U

、±3U

、±4U

、±5U

、±6U。對應的線電壓，

則有

21

種電平。而一般的變頻器，

其輸出電壓的電平數只有

2

種或

3

種，

因為輸出電壓的電平數越多，

變頻器的

輸出電壓波形就越接近正弦波，

這就使得該變頻器的輸出電壓波形非常接近正弦波。這一優點是其他任何

類型的變頻器無法比擬的。7

、CL2700-06

系列變頻器保護1)

輸入變壓器帶浪湧吸收保護2)

每個功率單元帶三相輸入熔斷器保護3)變頻裝置有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、變頻器超載、變頻器過熱、電機超載、輸出接地、輸出短路等保護功能4)

變頻裝置有隔離變壓器的各種保護8、改造後實現的功能1)軟起動和軟停機功能。採用變頻調速裝置後，

風機、水泵起動時可以從

0转/分逐漸平穩的升到所

需轉數，

減少了啟動衝擊和機械摩擦、震動，

改善了凝升泵的啟動特性，

延長電動機使用壽命。2)

接受

DCS

調控、啟動、停止、手動/自動切換等命令，

並能顯示設備狀態、運行參數、故障診斷等。

操作簡便，

易於觀察。如運行頻率，

電流，

開環或閉環運行狀態等；

具有完善、靈敏的故障檢測、診斷、

報警、跳閘等功能，

保證電機始終安全運行。3)

節能，

降低成本。投入變頻裝置後，

風機的風門處於全開位置，

節流損失降到零；

由於節流損失的

降低，

輕載時實現節能運行。四、安裝環境高壓變頻器在往復式空壓機上的應用1

引言隨著高壓變頻器在各行業的成熟應用，

化工企業一般都設有空壓站，

採用空氣壓縮機組產生壓縮氣體

供工藝、儀錶等使用。壓縮氣體的壓力需控制在一定範圍內，

壓力低及壓力高都需要開停壓縮機（

簡稱空0-40℃小於

90％（不結露）《1000m不高於

0.5g戶內（通風、散熱良好）環境溫度濕

度

海拔高度

振

動

安裝地點壓機）

，某化工企業的空壓機就為手動開停，

且由於崗位合併的緣故，

操作人員有所減少帶來不便。由於

供氣量和壓縮機的排氣量之間很難達到完全平衡，

人工調節回流量又難保證所需要的壓力和流量的穩定，

使得系統的弊病突出：

如果供氣量不大時使氣體反復壓縮，

運行效率低，

耗費大量電能，

使用旁通閥調節

供氣量，

工作量大，

供氣壓力不大好控制，

供氣品質變差，

系統安全性差。因此，

對往復式壓縮機系統進

行變頻技術改造還是比較有意義。2

往復式壓縮機的負載特性齊魯石化塑膠廠有一臺

KBC-22X

型號的往復式壓縮機，

適配電機是

200KW/6KV

的

8

極電機，

額

定轉速是

735

r/min，採用直接驅動方式控制。用戶通過綜合調研和考慮，

選用了我們公司

JD-BP37-2

50F

型號的高壓變頻器，

通過調試應用，

該變頻器有安全性能好，

可靠性高，

設計合理，

易損件壽命長，

啟動性能好，

降耗效果明顯，

安裝、維護和保養都比較方便。但一般往復式壓縮機在工作中，

壓縮機利用曲軸將電機的旋轉運動轉化為往復式運動，

轉矩隨著曲軸

的角度而改變，

在這種情況下，

電動機的電流隨負載的變化而產生較大的波動。所以，

目前對往復式壓縮

機存在的這些問題限制了變頻技術在壓縮機的推廣應用其中最嚴重的是低速範圍內的轉矩和轉速波動及由

此帶來的低頻雜訊和震動等問題。目前高壓變頻器技術應用在往復式壓縮機上更是寥寥無幾。目前市場上

銷售的絕大多數壓縮機都運行在中高速區，

能效比普遍較低。我們在剛開始的調試中發現：

在工作頻率降低，

轉速變低時，

轉速出現波動現象，

轉速越低，

波動就

越大，

在

25Hz

時的波動情況如圖

1

示，

波動範圍在

40r/min，說明上述情況是確實存在的：圖

1

25Hz

轉速波動情況為了可靠運行，

必須降低轉速的波動，

即必須有效抑制負載轉矩脈動和電機電磁轉矩脈動帶來的轉速

波動。針對轉速脈動的抑制，

經查閱部分資料已有學者進行了相關研究並取得了一定成果他們提出了採用

迭代學習控制和

PI相結合的方法對轉速的週期性脈動進行抑制，

或者利用速度信號對轉矩進行前饋補償

有效地抑制了轉速的週期性脈動，

但是其中的控制方法都需要碼盤來提供電機當前的準確速度信號，

同時

控制也比較複雜，

故無法應用到一般的壓縮機系統中。圖

2

系統結構控制器核心由高速

32

位

DSP

和

HMI

協同運算來實現，

精心設計的演算法可以保證電機達到最優的運

行性能。

HMI

提供友好的全中文監控和操作介面，

同時可以實現遠程監控和網路化控制。控制器用於櫃體

內開關信號的邏輯處理，

以及與現場各種操作信號和狀態信號的協調，

增強了系統的靈活性。每個功率單元結構上完全一致，

可以互換，

其電路結構見圖

3，為基本的交-直-交單相逆變電路，

整

流側為六支二極體實現三相全橋整流，

通過對

IGBT

逆變橋進行正弦

PWM

控制，

每個個功率單元完全一

樣，

可以互換，

這不但調試、維修方便，

而且備份也十分經濟，

假如某一單元發生故障，

該單元的輸出端

能自動短路而整機可以暫時降額工作，

直到緩慢停止運行。JD-BP37

系列高壓變頻調速系統的結構見圖

2，

由移相變壓器、功率單元和控制器組成。

6KV/250

KW

變頻器共有

15

個功率單元，

每

5

個功率單元串聯構成一相。3

風光高壓變頻器的應用情況圖

3

單元結構圖

4

25Hz

轉速波動情況變頻器通過調整後，

電機轉速脈動從

40r/min

減小到了

15r/min，

電機−壓縮機系統的振動也大大

減小了，

從電機電流方面也看出電流波動減小，

調整前

25Hz

時電流在

19-40A

間波動，

調整後

25Hz

時

電流在

23-25A

間波動。同時節能效果就更明顯了，

節能在

28%左右。4

結束語通過幾天的調試和總結，

在應用變頻技術改造往復式壓縮機時應主要的的問題：1）有效地抑制壓縮機週期性轉速脈動，

根據負載狀況和壓縮機當前的工作狀態，

通過適當補償的負載

轉矩，

實現壓縮機低速高性能控制；2）考慮壓縮機的潤滑問題。壓縮機的轉速降低後，

潤滑油的耗量也就減小，

潤滑效果就變差，

針對這

一問題應採用機外加壓潤滑。另外，

控制器與功率單元之間採用