变频器行业应用技术方案
2012-03-16  |    | 
 
第一章 变频恒压供水
一、产品系列简介
VF系列变频恒压无塔供水系统采用国际上先进的交流电动机变频调速技术，对水泵进行调速以达到恒压供水的目的。该系统由以下几部分组成：
（1）压力传感器将管网上压力信号变化量转化为电信号变化量，输给PID控制器。
（2）PID控制系统将电信号经分析运算后，输出给变频调速器。
（3）变频器按PID的信号控制水泵转速以调节水压。
（4）用户根据实际情况在PID上设定所需压力值，该系统根据用户用水量的变化，随时自动调节水泵转速，以维持恒压变量供水，从而大幅度的节约电能，提高供水质量。
1. VF系列：
通过用供水专用控制器或PLC配套PID、压力传感器等来控制变频器按一定的顺序轮流驱动1台或多台水泵变频运行。变频器能根据压力闭环控制要求自动确定运行泵台数（在设定范围内）同一时间只有1台泵由变频驱动，当变频驱动的泵运行到设定的上限频率而需要增加泵时，变频器将该泵切换到工频运行，同时驱动另一台泵变频运行。（例如：如一套系统，3台15KW水泵，当打到自动恒压供水时，按启动开关开始工作，变频器首先起动第一台水泵；当单台水泵达到最高转速（即频率50HZ=工频时）仍达不到所设定的压力，这时PLC或供水控制器将这台水泵切换到工频运行，变频器带运下一台水泵启动并控制其转速；当第二台泵到最高转速（即频率50HZ=工频时）还达不到所设定的压力，PLC或供水控制器将第二台泵也切换到工频，变频器将带动第三台水泵运行并控制转速以满足供水压力。当用户用水量变小，变频器首先降低第三台水泵转速；当转速降到5HZ时接近停机时，管网压力仍然偏大时，PLC或供水控制器将前三台的某一台水泵停机，变频器继续对水泵进行转速调节，以此得到管网恒压。（见后VF10恒压供水主回路图）
2. VF消防与生产生活系列：
控制柜是具有宽范围恒压控制系统，适用于生产与消防用水共用一个管网，设定低恒压用于生活，高恒压用于消防。VF消防供水设备系列：
3. 消防供水系列
1号、2号为稳压泵，3号、4号为消防泵。平时1号、2号稳压水泵一直交替工作，始终保持管网系统压力，当出现火情打开消火栓时，水流指示器发出信号，通过控制系统自动启动水泵3号、4号。其中3号、4号互为备用。该设备采用微机控制，具有自动启动泵功能，也可用变频控制，根据用不同的消防压力要求，设定不同的消防压力。
二、产品性能与特点
1 VF系列恒压变量供水系统设计合理，操作方便，运行安全可靠， 无需水塔和高位水箱及气压罐就可以做到高质量安全供水。本设备占地面积小，只需水泵机组和一个变频器控制柜的位置。
2 由于无需制造高位水箱和压力罐，节省了大量钢材，从而大大减轻了自重，便于运输和安装。
3 由于该系统采用了闭环自动控制，可随时根据用户情况调节水泵转速，从而改变供水量。由于水泵耗电功率与水泵电机转速三次方成正比关系；所以水泵调速运行时节电效果非常显著，平均耗电较通常的供水方式可节电30％--50％。
4 水泵电机采用变频器软启动方式，无大电流冲击。
5 全部自动调节控制，无需专人值班。
6 保护功能完善，具备故障自动诊断，及配有自动应急装备。
7 压力自动显示，便于调试安装。
8 用多台小泵代替大泵，电机单机容量降低了1/2—1/3。避免了大马拉小车的现象，减少了功率损耗。
9 供水范围宽，可根据用户需求选择不同水泵及台数。
10 本系统具有睡眠功能，在管道加装逆止阀门，管网保持压力在一定范围内时，整个系统将停止工作（睡眠），节约电能，将管网压力不够时，系统将自动恢复工作。
三、变频调速恒压供水原理
四、规格型号及使用范围
VF10-15-2
注：1. VF10代表变频无塔供水设备类型 2. 15代表水泵功率（KW） 3.2代表水泵台数
五、安装调试与使用
六、运行注意事项
七. 应用范围
●高层建筑、生活小区等各类建筑中取代高位水池（水塔）、提供生活用水、消
防用水。
●中小型水厂、加油泵站、污水处理厂站。
●工矿企业生产用水(例如化工、纺织、印染、钢铁等企业都需大量用水)。
●采暖、空调用的冷、热水循环系统。
●各种输油系统
● 特殊场合，如舰艇、军事基地、人事设施等。
八.技术参数
●1、流量范围 0～4000m3
●2、压力范围 0～2.7Mpa 变频器恒压供水
●3、电机单机容量 0.18～250KW
●4、系统效率 >95%η
●5、调节精度 5%或±0.02Mpa
●6、调节稳定时间 ≯40S
●7、控制方式 PID控制，模糊控制
●8、噪声 ≯水泵定额
●9、通讯接口 RS/232/485/422
第二章 火电厂变频变频节能改造
1前言
目前，在我国电源结构中，火电装机容量占74%，发电量占80%；水电装机容量占25%，发电量占19%；核电仅占1%左右，因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。火电厂中的各类辅机设备中，风机水泵类设备占了绝大部分，蕴藏着巨大的节能潜力。由于火电机组调峰力度的加大，这些机组的负荷变化范围很大，必须实时调节风机水泵的流量。目前调节流量的方式多为节流阀调节，由于这种调节方式仅仅是改变了通道的通流阻抗，而电动机的输出功率并没有多大改变，所以浪费了大量的能源。随着电力行业的改革不断深化，厂网分家，竞价上网政策的逐步实施，降低厂用电率，降低发电成本，提高上网电价的竞争力，已成为各火电厂努力追求的经济目标，要求越来越迫切。风机水泵类负载采用调速驱动具有非常可观的节能效果，这已是共识。
另外，交流电机的直接起动(尤其是高压电机)会产生巨大的电流冲击和转矩冲击，在很短的
起动过程中，转子笼型绕组及阻尼绕组将承受很高的热应力和机械应力，致使笼条的端环断裂。直接起动时的大电流还会在定子绕组的端部产生很大的电磁力，使绕组端部振动和变形，造成定子绕组绝缘的机械损伤和磨损，从而导致定子绕组绝缘击穿。直接起动时的大电流还会引起铁芯振动，使铁芯松驰，引起电机发热增加。在火力发电厂中，高压大容量交流笼型异步电动机的使用非常广泛，由于直接起动而造成的电动机烧毁和转子断条事故屡屡发生，给机组的安全经济运行造成很大的威胁。因此大容量异步电动机采用软起动方式，对于延长电动机的使用寿命，减少对电网的冲击，保证机组正常运行是非常必要的。由于电动机的变频软起动可提供高的起动转矩并可做到平滑无冲击，所以采用变频器实现软起动的效果也是非常突击的。同时，采用调速驱动，还可以有效地减轻风机水泵叶轮的磨损，延长设备使用寿命，降低运行噪声。还有运行工艺对辅机设备的控制性能的改善也是十分迫切的，例如锅炉风机和给粉机的调速控制，可以大幅度地改善炉内的燃烧工况，从而节煤、节水，并可节省这些物料的运输，处理能量等。工艺条件的改善可以创造巨大的经济效益，已不再简单地局限在节能的范畴，人们会很快地认识到这一点，并迅速行动起来。
本公司针对发电厂各种高低压辅机电动机的实际运行工况，逐一地进行节能改造方案举例。
2 风机
风机是火力发电厂重要的辅助设备之一，锅炉的四大风机(送风机、引风机、一次风机或排粉风机和烟气再循环风机)的总耗电量约占机组发电量的2%左右。随着火电机组容量的增大，电站锅炉风机的容量也在不断增大，如国产200MW机组，风机的总功率达7140kW(其中，送风机二台2500kW，引风机二台3200kW，排粉风机总功率1440kW)，占机组容量的3%以上。因此，提高风机的运行效率对降低厂用电率具有重要的作用。
2.1 风机的运行状况和节能效果
我国电站风机已普遍采用了高效离心风机，但实际运行效率并不高，其主要原因：
一．风机的调速性能差
二．运行点远离风机的最高效率点。
我国现行的火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%~10%，风压裕度分别为10%和10%~15%。这是因为在设计过程中，很难准确地计算出
管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的风机型号时，只好往大机号上靠。这样，电站锅炉送、引风机的风量和风压富裕度达20%~30%是比较常见的。
电站锅炉风机的风量与风压的富裕度以及机组的调峰运行导致风机的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。一般情况下，采用调节门调节的风机，在两者偏离10%时，效率下降8%左右；偏离20%时，效率下降20%左右；而偏离30%时，效率则下降30%以上，对于采用调节门调节风量的风机，这是一个固有的不可避免的问题。可见，锅炉送、引风机的用电量中，很大一部分是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节门消耗掉的。因此，改进离心风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。
2.2 风机调速节能改造方案分析
(1) 对于常年带满负荷的机组根据生产状况，大部分所配置的风机及电动机在设计时考虑各方面因素，都加大容量。而电动机转速是恒定不变的，总是满负荷运转，这样风机产生的
风量及风压需要安装一个放风调节阀来调节风量因而浪费电能，及产量和质量提高。同时产生很大的噪音，造成噪音污染。我们的方案如下：
一、 当风量裕度在10%左右时，此时只要采用调节阀门调节即可，不必采用变速调节。
二、 当风量余度大于10%时，采用变频调速非常经济，安装变频器来控制电动机转速则可不用调节阀调节风量，，风压基本保持恒定。所需风量大小由窑面操作人员根据情况随时调节变频器的运程控制器，即调节变频器输出频率（0~50Hz）大小达到控制风机转速快慢，最终控制风机产生的风量满足工作要求。或在风道安装压力传感器组成闭环系统，实现风机的自动控制。
三、 优点：
1、 安装变频器后，主要是采用软起动，消除起动时产生瞬间冲击力，对电动机和风机可起到保护作用，另风机发生故障时，变频器可以自动断电，对电机起保护作用。
2、 在风机风量有富余放空情况下，安装变频器后，可保证节电效果在30%以上。一般在6~10个月回收成本。
3、 降低噪音污染，提高电机功率因数，达到0.98以上，起到环保节电作用。
(3) 风机的功率一般在1000~2000kW，在目前的功率器件耐压条件下，采用高压IGBT和IGCT的三电平中压变频器，是目前的最佳选择方案。这种变频器的功率器件不串不并，可靠性最高，逆变单元采用12只HV-IGBT或IGCT，使用的功率器件最少，成本最低，体积最小。输入采用12脉冲整流器，网侧谐波小；输出采用LC滤波器，电流波形好，总的谐波畸变率THD<1%，适合于任何笼型异步电机，且不必"降额"使用。输出电压等级有2.3kV，3.3kV和4.16kV，对于我国的6kV电机，可将电机进行Y/△改接，线电压为3.47kV，考虑风机一般均有设计余量，因此采用3.3kV的变频器，完全能满足要求。对于老设备的改造特别有利，是目前最为经济合理的改造方案。