車間通風設備_風機水泵類負載使用IPER艾帕高壓變頻器節能計算工

■ 風機水泵工作特性
風機水泵特性： H=H0-(H0-1)*Q2
H－揚程
Q－流量
H0－流量為0時的揚程
管網阻力： R＝KQ2
R－管網阻力
K－管網阻尼系數
Q－流量
注：上述變量均采用標么值，以額定值為基準，數值為1表示實際值即是額定值
風機水泵軸功率P： P= KpQH/ηb
P－軸功率
Q－流量；
H－壓力；
ηb－風機水泵效率；
Kp－計算常數；
流量、壓力、功率與轉速的關系：
Q1/Q2 = n1/n2; H1/H2 =（n1/n2）2; P1/P2 =（n1/n2）3
■ 變閥控制
    變閥調節就是利用改變管道閥門的開度，來調節泵與風機的流量。變閥調節時，泵或風機的功率基本不變，泵或風機的性能曲線不變，而管道阻力特性曲線發生變化，泵或風機的性能曲線與新的管道阻力特性曲線的交點處就是新的工作點。

■ 變頻控制
    變頻調節就是利用改變性能曲線方法來改變工作點，變速調節中沒有附加阻力，是比較理想的一種調節方法。通過變頻器改變電源的工作頻率，從而實現對交流電機的無級調速。泵和風機采用變速調節時，其效率幾乎不變，流量隨轉速按一次方規律變化，而軸功率按三次方規律變化。同時采用變頻調節，可以降低泵和風機的噪聲，減輕磨損，延長使用壽命。

■ 節能計算示例
假設電動機的效率＝98%
IPER高壓變頻器的效率=97%（含變壓器）
額定風量時的風機軸功力：1000kW
風機特性：風量Q為0時，揚程H為1.4p.u(標么值，以額定值為基準) ；設曲線特性為H=1.4-0.4Q2
年運行時間為：8000小時
風機的運行模式為：風量100%，年運行時間的20%
風量70%，年運行時間的50%
風量50%，年運行時間的30%

變閥調節控制風量時
假設P100為100%風量的功耗，P70為70%風量的功耗，P50為50%風量的功耗
P100=1000/0.98 = 1020kW
P70=1000 x 0.7 x (1.4-0.4x0.72)/0.98 = 860kW
P50=1000 x 0.5 x (1.4-0.4x0.52)/0.98 = 663kW
年耗電量為：
1020 x 8000 x 0.2 + 860 x 8000 x 0.5 + 663 x 8000 x 0.3 =6,663,200 KWH
假設電費以0.50元/kWh計算，年耗電本錢為: 6663200 x 0.5=3,331,600元
變頻調節控制風量時
假設P100為100%風量的功耗，P70為70%風量的功耗，P50為50%風量的功耗
P100 = 1000 / 0.98 /0.97 = 1052kW
P70 = 1000 x 0.73 / 0.98 / 0.97 = 360kW
P50 = 1000 x 0.53 / 0.98 / 0.97 = 131kW
年耗電量為：
1052 x 8000 x 0.2 + 360 x 8000 x 0.5 + 131 x 8000 x 0.3 =3,負壓風機水簾,437,600KWH
假設電費以0.5元/kWh計算，年耗電本錢為3,437,600 x 0.5=1,718,800元
1年所節省的電費
3,331,600 ? 1,718,800 = 1,612,800元
節電率為 1,612,800/3,331,600 = 48.3%

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關鍵詞：變頻調速'>變頻調速  高壓變頻技術'>高壓變頻技術  鍋爐風機  熱電廠

    一、用戶概述

    位于石家莊市東北部產業區的河北華電石家莊熱電有限公司是河北省境內大型熱電聯產企業。河北華電石家莊熱電有限公司是國家“一五”計劃期間156項重點建設項目之一，1954年8月15日建廠，1956年4月10日第一臺機組投產發電，歷經8期擴建和技術改造，目前裝機總容量為63.4萬千瓦，額定供熱出力1205噸/小時，最大供熱負荷達1685噸/小時，運行著目前國內最大的循環流化床鍋爐群。河北華電石家莊熱電有限公司承擔著石家莊市80的產業熱負荷，占全市集中供熱面積的50。是目前國內供熱量最大的熱電廠。作為國家重點建設項目，河北華電石家莊熱電有限公司1997年立項進行技術改造。工程總投資21.67億元，2001年7月12日正式開工興建，引進德國阿爾斯通公司兩臺20萬千瓦雙抽供熱機組，配套東方鍋爐廠生產的四臺410噸/小時循環流化床鍋爐。

    石家莊電廠采用的是以熱定電模式運行，該廠的負荷日變化、月變化、季變化都很頻繁，目前石家莊熱電廠鍋爐的引風機、一次風機均采用風門擋板調節方式，風門調節頻繁，設備磨損嚴重，維護率高，且風門擋板調節方式造成較大節流損失，能耗嚴重，造成極大的浪費。針對此種情況，經過多次考察、反復研究討論，采用我公司生產的高壓變頻器對石家莊熱電的四臺410噸/小時循環流化床鍋爐進行了一次風機和引風機的高壓變頻改造。

    一、設備參數

    一次風機電機參數

    設備名稱電機型號額定電壓額定電流額定功率額定功率因數臺數

    一次風機YKK560-46kV1400kW0.88

    引風機YKK630-6-W/10006kV1000kW0.88

    根據現場設備和生產情況，引風機選用我公司生產的SH-HVF－Y6K/1000高壓變頻器，一次風機選用SH-HVF－Y6K/1400型高壓變頻器。

    二、SH-HVF高壓變頻器的技術方案

    （一）、技術原理

    變頻裝置采用直接高高變換的方式，多電平串聯倍壓的技術方案，優化的PWM控制算法，實現優質的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出。，整套系統由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV系列有18個功率單元，每6（5+1）個功率單元串聯構成一相。每個功率單元結構上完全一致，可以互換，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。

    當某一個單元出現故障時，可將此單元模塊旁路退出系統而不影響其他單元的運行，變頻器可持續降額運行，如此可減少很多場合下停機造成的損失，避免了由于一個大功率高壓開關器件的故障而導致整機故障、停機的產生，從而保證了變頻器的可靠性。

在損壞3個單元后仍然可以滿負載輸出，產品最多可答應6個單元模塊的旁路。
 
    （二）、技術方案

    為了充分保證系統的可靠性，變頻器配置方案均采用一拖一方式：

    高壓電源經用戶開關柜高壓開關QF到刀閘柜，經輸進刀閘QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經出線刀閘QS2送至電動機；高壓電源還可經旁路刀閘QS3直接起動電動機。進出線刀閘QS2和旁路刀閘QS3的作用是：一旦變頻裝置出現故障，即可馬上斷開進出線刀閘QS2，將變頻裝置隔離，手動合旁路刀閘QS3，在工頻電源下起動電機運行。QF保存用戶原斷路器，QS1、QS2、QS3安裝在一個刀閘柜中與變頻裝置配套供貨。QS2與QS3之間通過機械閉鎖，防止誤操縱。

    （三）、產品特點

    1、功率單元機械式旁路

    為了保證變頻器和現場設備的正常運行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機械旁路功能，當單元故障時，可自動將輸出清除并同時觸發旁路單元將其旁路，使其不影響整個系統的正常工作，使整個系統由原來的串聯可靠性結構變成為并聯可靠性結構。典型旁路示意圖如下：

    傳統的功率單元電子式旁路設計采用晶體管方式，其設計與功率單元采用一體化設計，其電子旁路能否動作取決于功率單元的故障狀態；而我公司功率單元機械式旁路采用機械式接觸器方式，并且專門為其設

計了一套功率單元旁路控制系統，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴重，旁路系統均能正確安全的旁路。

    2、變頻器帶故障運行方式

    當有功率單元故障時，變頻器可通過線電壓自動均衡技術，輸出最大的功率而不至于跳機影響生產，用戶可以根據設備的報警自行確定停機維修時間。

    3、風機選用進口設備

    我公司高壓變頻器冷卻風機采用原裝進口EBM風機，其均勻無故障連續運行時間大于100000小時。

    4、頻率分辨率

    頻率分辨率為0.01Hz，每周波頻率誤差小于1微秒。

    5、諧波指標

    輸出電流諧波失真<2；變頻調速'>變頻調速系統產生的諧波滿足并高于中國“GB/T14549電能質量公用電網諧波”及“IEEE519”國際標準的規定。變頻裝置考慮將對電網諧波影響減至最小的措施包括：a、移相變壓器；b、單元串聯技術；c、優化的PWM算法；d、多脈沖整流技術

    6、線電壓自動均衡技術

    變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的條件下保證最大的線電壓均衡輸出。

    7、控制電源雙電源自動切換＋雙UPS技術

    變頻器的控制電源采樣“雙電源自動切換＋雙UPS”方案，以最大限度的保證控制電源的可靠性。

“雙電源自動切換”：一路電源由用戶提供，另外一路電源來自變頻器主回路隔離移相變壓器二次側獨立繞組，兩路電源由雙電源自動切換裝置自動切換后提供給控制柜使用

    “雙UPS”：控制柜配置兩臺UPS，一臺1kVA的后備式UPS，一臺1kVA的在線式UPS，當雙電源同時掉電時雙UPS保證提供30分鐘的后備電源。

    采用雙電源自動切換＋雙UPS”方案后,車間負壓通風降溫設計，可以保證只要主回路高壓有電，變頻器均能正常運行，在用戶6kV母線自動切換過程中，高壓短時掉電后，仍能保證變頻器不跳機。

    8、寬電壓輸進范圍：輸進電壓在85％～115％，頻率在45Hz～55Hz波動范圍內設備均能正常工作。電網電壓下降35仍可降額繼續運行，電網電壓低于35時，變頻裝置將在一定的時間內保護動作。模塊單元旁路后系統輸出額度功率的76。

    三、應用高壓變頻調速系統產生的效果

    1、節能效果明顯

    設備名稱額定功率工頻運行功率變頻運行功率年節約電量年節約電費節電率

    引風機1000KW834KW500.4KW1921536KW48萬元40

    一次風機1400KW1275KW790.5KW2790720KW69.77萬元38

    年運行時間按8個月計算，電費為：0.25元/kwh

    根據石家莊電廠的實際運行數據表明在風機改造高壓變頻后節能效果明顯，2年不到就收回了投資。

    2、變頻改造后，實現電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑，延長電機和風機的使用壽命。

    3、改善了工藝。投進變頻器后風機可以非常平滑穩定的調整風量，運行職員可以自如的調控，風機運行參數得到了改善，進步了效率，取得節能效果。大

    4、減少閥門機械和風機葉輪的磨損。安裝變頻調速后，風機經常工作在比原來定速時低，大大減少了風機葉輪的磨損，減少了風機振動。延長風機的大修周期，節省檢驗用度和時間。

    5、功率因數由原來的0.8左右進步到0.95以上，不僅省往了功率因數補償裝置，而且減少了線路損耗。

    四、結束語

    在河北華電石家莊熱電一次風機和引風機采用SH-HVF-Y6K型高壓變頻器，不但操縱方便、輕易、維護量小，而且有明顯的節能效果。通過SH-HVF高壓變頻器在河北華電石家莊熱電的應用，增強了運行的安全可靠性，改善了系統工藝，又達到較好的節能效果，再次驗證了高壓變頻器在風機節能改造方面是值得推廣的。