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1、 低壓風機變頻節能改造技術方案目 錄第一章 公司簡介2第二章 行業背景分析3第三章 系統方案4一、現場工況分析 4二、設備選型 5三、方案論述 7第四章 節能直接效益分析 8第五章 使用變頻器的間接效益12第六章 GD200系列變頻器簡介13第七章 質量保證及服務承諾 14第一章 公司簡介深圳市XX電氣股份有限公司，立足電氣傳動、工業控制領域，為全球用戶提供專業化產品和服務，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334?，F設有國內辦事處30多個，海外辦事處2個，擁有海內外經銷合作伙伴上百家，用戶遍布全球50多個國家和地區。目前XX主要產品有高、中、低壓通用及各行業專用變頻器、交流伺服系統2、制動單元、能量回饋單元等。產品在市政、建材、塑膠、油田、機械、化工、冶金、紡織、印刷、機床、礦山等行業廣泛應用。XX是國家級高新技術企業，擁有深圳市唯一的“變頻器工程技術研究開發中心”。XX變頻器產品包括低壓CHA/CHV/CHE/CHF/GD各行業專用系列、中壓660V/1140V系列、高壓CHH（3KV/6KV/10KV）系列等，功率范圍涵蓋0.48000kW，滿足不同行業不同場合的各種變頻控制應用需求。成熟矢量控制技術、各行業專用變頻控制技術的掌握以及國際領先四象限控制技術的突破使XX的發展持續領先，成為中國變頻器行業的領導者。高性能交流伺服系統的開發與成功應用標志著XX向運動控制領域3、的拓展與延伸。第二章 行業背景分析一、節能改造背景據世界經濟統計年鑒和中國統計年鑒公布的數據測算，我國的耗能標準比其他發達國要高出幾倍能源。造成這種結果的原因有兩個：一是我國的能源消費結構不合理，其中產業的能源消費占78.3%，而發達國家僅占30%40%。二是我國主要工業產品的能耗比世界先進水平高出30%90%。大量的能源消耗既造成了經濟上的極大浪費，同時也因嚴重的環境污染而造成了極大的社會問題。節能減排已成為擺在我國面前亟待解決的實際問題，同時也成為了政府當前的重要工作之一。因此要解決資源戰略問題，必須大力開展能源節約與資源綜合利用。根據國家有關規劃，電機系統節能是國家發改委啟動的十大重點節4、能工程之一。國家發展規劃要求，當前應推廣變頻調速節能技術，即風機、水泵、壓縮機等通用機械系統采用變頻調速節能措施，工業機械采用交流電動機變頻工藝調速技術。二、變頻行業介紹以前的變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構成，缺點很多，諧波大，對電網和電機都有影響。近年來，隨著電力技術的發展，變頻調速技術的日臻完善，發展起來的一些新型器件將改變這一現狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構成的變頻器，性能優異，可以實現PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數也有很大程度的提高，已經取代了擋板和閥門的調節方式。其穩定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及完善的功能，將使變頻最終5、達到高效率的運行目的。 隨著變頻技術的不斷成熟，變頻器在各個領域得到了廣泛應用。變頻器應用上的巨大節能潛力和優良的調速性能，使得它具有強勁的發展動力和廣闊的市場空間。目前，變頻技術已經成為電力傳動領域的熱門話題之一，對于大容量風機、水泵、空壓機等系統進行變頻改造已成為一種趨勢，它為使用大功率傳動裝備的企業和行業帶來了很大的節能效益。三、冶金行業能耗介紹冶金行業在我國經濟中所處的地位非常重要，且都是規模較大，效益顯著，連續、高效式地生產流程性企業。生產過程已經高度的自動化，生產現場有大量的現場設備需要進行控制。冶金行業的電力消耗主要來自于燒結、煉鐵、煉鋼和軋鋼設備中應用的各種電動輔機，包括引風機6、除塵風機、通風機、泥漿泵、除垢泵、煤氣鼓風機、燒結風機、高爐風機、軋機、開卷機、卷曲機等。由于鋼鐵生產流程中大量采用的水泵、鼓風機和除塵風機的常規設計為不停機運行，流量過剩時采用流體循環或放空的耗能方法，節電潛力很大。冶金行業使用變頻器的節電效果較為明顯，節電率一般在 15%-60%。通常由交流異步電機驅動。這些設備調速范圍比較寬，對工藝、環保的影響比較大。早期大部分冶金行業的風機、水泵設備不調速，直接采用工頻供電，定速驅動，通過調節風門與閥門來控制風量與給水量，同樣把能量都白白地浪費了。如果采用高壓變頻器進行變頻調速，則可以節約大量的電能，給企業帶來效益。第三章 系統方案一、現場工況分析17、. 負載設備參數引風機匹配電機型號（產地、日期）匹配電機型號（產地、日期）200KW額定電流額定電壓380V運行電流風門或閥門開度2、負載設備工況分析n 引風機項目分析：引風機是火電廠重要的輔助設備之一，它將鍋爐燃燒產生的高溫煙氣排除，維持爐膛壓力，行成流動煙氣，完成煙氣及空氣的熱交換。經除塵裝置后排向煙道，用來調整鍋爐爐膛負壓的穩定。在生產過程中，風機的風量與風壓裕度以及在生產過程中絕大部分時間都不是滿負荷, 同時由于生產過程并不是連續不斷的，而是周期性間斷的變化，系統所需求的風量也隨之變化，導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。 u 在閥門調節過程中會帶來8、一系列問題： 采用風機定速運行，閥門調整節流損失大、管網損失嚴重、系統效率低，造成能源的浪費。 這根本無法隨時動態跟蹤工藝進行風量調節以滿足最佳工藝的要求。 長期的6085%左右的閥門開度，加速閥門自身磨損，導致閥門控制特性變差。 設備使用壽命短、日常維護量大、維修成本高、造成各種資源的極大浪費。 管網壓力過高威脅系統設備密封性能，嚴重時導致閥門泄漏，不能關嚴等情況發生。 工頻啟動時啟動電流大，對電網的沖擊很大，啟動后電機滿負荷運行，很難停機，導致設備使用壽命縮短，日常維護量大，維修成本高，且故障率高。鑒于存在以上諸多問題，解決上述問題的重要手段之一是采用變頻調速控制技術。利用變頻器對風機電機9、進行變頻控制，實現流量壓力的變負荷調節。因此，采用變頻調速控制改造是非常有價值的。二、設備選型 1、變頻器配置根據現場的額定參數和實際運行工況，再結合我公司的GD200系列變頻器在其它工程地應用情況，我公司為其改造設備配置如下變頻器，其主要地參數如下：項目變頻器型號額定功率額定電壓額定電流變頻器數量拖動方式引風機GD200-200G-4200KW380V380A3臺一拖一GD200-200G-4其它主要輔助器件配置表名稱型號規格數量備注變頻柜訂做3個斷路器500A(電流)3個接觸器500A(電流)6個輸入電抗器ACL2-200-43個采用其一,建議采用電抗器輸入濾波器FLT-P04400L-B10、3個輸出電抗器OCL2-200-43個采用其一,建議采用電抗器輸出濾波器FLT-L04400L-B3個2、變頻器切換方式說明根據客戶現場引風機配置特作如下變頻改造方案： 變頻器控制系統示意圖 變頻調速系統由用戶開關、變頻柜、GD200變頻器、電機組成。變頻柜是由一個開關（QM）和兩個接觸器KM1、KM2及相應其它主要輔助器件組成。變頻路柜嚴格按照“五防”聯鎖要求設計，變頻器輸出接觸器KM1和旁路接觸器KM2電氣互鎖，完全能夠保證變頻調速系統安全運行。三、方案論述1、變頻器控制方式n 引塵風機項目1）引風機上裝設變頻系統。2）設置遠程控制和就地控制兩種方式。3）并且所有的I/O端口都是可編程端子11、，用戶可以方便的使用這些端口搭建自己的應用系統，同時也保證系統具有良好的可擴充性。具體在詳細設計階段根據用戶要求確定。 變頻器主要使用接口4）可以通過硬接線方式與DCS接口，也可以通過RS485通訊接口與DCS進行MODBUS通訊協議控制通訊，采用現場DCS系統平臺進行變頻器起停啟動、停止、調整電機轉速。該方案需要改動DCS系統。不同用戶的DCS系統各有差異，采用DCS控制需要用戶自己修改增加該控制。 5）保留原工頻系統及其聯動方式，且和變頻器系統互為備用。6）頻率給定方式： 頻率給定方式1. 模擬量給定 頻率調整方式1. 通過模擬量調整 頻率給定方式2. 通訊給定 頻率調整方式2. 通過通訊12、調整 頻率調整方式3. 通過多功能端子實現遞增或遞減啟?？刂品绞?. 端子控制啟停控制方式2. 通訊控制 標準接線控制配置圖2、變頻器頻率控制方式我方提供的GD200變頻器具有兩種控制電機轉速、頻率調整方式：(1）手動調節：（變頻器開環運行）值班電工根據風機運行情況判斷, 通過遠程控制系統（DCS或控制箱）或就地觸摸屏手動調節頻率給定信號, 從而達到滿足風機需要的流量和壓力要求。 (2）自動調節：（變頻器閉環運行）由于變頻器本身具有PID功能，需要用戶將現場監控信號轉換成數字信號（420mA）傳給變頻器，通過與用戶設定需要值比較，在變頻器內部的微電腦智能系統自動調節輸出頻率。在不同條件下，系統13、自動調節風量大小，使變頻器調節在需要設定值范圍內，達到最佳的節能效果。四、方案綜述該項目可以依據實際現場情況在諸多控制方式中選擇合適的方式，主要涉及是由端子控制啟停，調速，變頻器信息反饋還是由通訊控制上述內容。另外該系統應具備工頻旁路系統，當變頻器故障時可以手動或自動切換到旁路工頻工作。該系統可以分別由遠程控制和本地控制兩種控制模式，方便現場操控和維修。根據一般現場控制工況，再結合我公司的GD200系列變頻器在其它工程應用情況,建議在正常工作情況下，變頻調速系統采用開環控制，由人工根據現場情況，通過后臺DCS控制系統或遠程控制箱給出電動機應采取的轉速，并作為速度給定輸入給變頻器，由變頻器帶動電14、動機跟蹤此轉速。第四章 節能直接效益分析一、負載特性說明負載特性是指電力拖動負載的轉矩與轉速之間的關系，也叫負載轉矩特性。電動機節電，特別是調速節電，與負載特性的關系極為密切，除要了解電動機的運行特性之外，還要掌握被拖動工作機械的負載轉矩隨轉速變化的特性。典型的負載特性有恒轉矩負載特性、恒功率負載特性、風機泵類負載特性三種，見如下表。電力拖動典型負載特性表轉矩特性恒轉矩特性恒功率特性風機泵類特性負載特性M=恒定值PnMPnP=恒定值M1/nMn2Pn3軸功率與轉速關系軸功率與轉速成正比軸功率與轉速無關軸功率與轉速的三次方成正比典型負載起重機，壓廷機，機床平移刀架等金屬切削機床，恒張力卷取機等風15、扇，風機，液泵，油泵二、風機和泵類拖動調速的節電效果閥門（擋板）調節法主要通過調節管道進口或出口的開度來調節流量，實際是通過改變管道的阻力來改變的流量。閥門（擋板）調節時，管阻特性隨著閥門開度的變化而變化，而電機恒速運行，因此揚程特性并不改變。如下圖所示，當流量從QA下降到QB時，穩定工作點由A點移到B點，供水功率PA與0EBF區域的面積成正比。變頻（轉速）調節法是通過改變風機水泵轉速來改變的流量。管道一般處于全開狀態，如果風機水泵轉速改變，則全揚程也改變。采用轉速調節法時，揚程隨著轉速改變而改變，但管阻特性則保持不變。如下圖所示，當流量從QA下降到QB時穩定工作點由A點移到C點，供水功率PB16、與0ECH區域的面積成正比。 從下圖可看出，采用轉速調節法比采用閥門調節法節約的功率 P與HCBF區域的面積成正比。由風機水泵特性得知，軸功率P與流量Q，風壓(揚程)H的關系為： 當電動機的轉速由n1變化到n2時， Q、 H、 P與轉速的關系如下: (1) (2)= (3)可見風量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。由上述推導可以知道，采用轉速調節法的節能效果很明顯。隨著變頻調速技術不斷成熟，風機水泵采用變頻器來控制其轉速。由電機轉速公式：n=60f/p，其中，n為電機同步轉速，f為供電頻率，p為電機極對數，可知電機供電頻率f與轉速成正比。這樣，采用變頻器調17、速時，變頻器的輸出頻率與流量、揚程及電機軸功率也有上述的n次方（n=1,2,3）比例關系。三變頻改造節能預計計算公式：1、 預計改造前工頻運行功率計算公式或 = 用電量相應時間其中：工頻運行電機電壓，kV； 工頻運行電機電流，A；工頻運行功率，； 工頻運行功率因數; 2、預計改造后變頻運行功率計算公式：=MAX（；）1 其中：變頻運行功率 額定軸功率 工頻運行流量 額定流量 要求閥門出口后壓力 額定壓力 1變頻裝置效率 MAX表示取二者之大3、預計系統節電率計算公式： 改造前工頻運行功率改造后變頻運行功率系統節電率= 100% 改造前工頻運行功率注釋： 1、以上節電收益計算為理論計算，結算時以18、現場測試的真實數據為準。二、節電數據考核計算方法裝變頻器前事先就該臺電機安裝一個電度表和累時器，運行1015天后把電度表和累時器的數字抄下來，則可算出該臺電機每小時平均電耗即工頻電耗=待十天后安裝變頻器，用同一電度表計量，半月或一個月結算節電費時則可計算出該電機變頻運行電耗=從以上計算可得出該臺電機每小時可節電=工頻電耗變頻電耗本月節約電度數=(工頻電耗變頻電耗)本月變頻器運行時間。第五章 使用變頻器的間接效益變頻器改造后，對整個控制工藝有較大改善，對生產成本也有一定的降低，綜合考慮，變頻改造具有以下幾方面的優點：（1）網側功率因數提高原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.81左右，實際19、運行功率因數遠低于0.8。采用變頻調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備的運行費用。（2）設備運行與維護費用下降采用變頻調節后，由于通過調節電機轉速實現節能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長；并且變頻改造后閥門開度可達100，運行中不承受壓力，可顯著減少閥門的維護量。變頻器運行中，只需定期對變頻器除塵，不用停機，保證了生產的連續性。隨著生產的需要，調節風機的轉速，進而調節風機流量、壓力既滿足生產工藝的要求，工作強度又大大降低。采用變20、頻技術調速后，減少了機械磨損，維護工作量降低，檢修費用下降。（3）用變頻調速裝置后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內，電機可保證運行平穩，損耗減小，溫升正常。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。（4）與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。（5）操作簡單，運行方便?？赏ㄟ^計算機遠程給定等參數，實現智能調節。（6）適應電網電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網電壓在-10%+10%之間波動時，系統均可正常運行。第六章 GD200系列變頻器簡21、介GD200系列通用型變頻器為GD系列通用變頻器功能增強型產品,采用DSP控制系統,完成優化的無速度傳感器控制、V/F控制,功能更優化,應用更靈活,性能理穩定?？蓮V泛應用于風機、泵類負載及對速度控制精度,轉矩響應速度、低頻輸出特征有較高要求的應用場合。GD200系列通用型變頻器綜合技術特性:一、輸入輸出特性輸入電壓范圍380V15%輸入頻率范圍4763Hz輸出電壓范圍0額定輸入電壓輸出頻率范圍0400Hz二、外圍接口特性可編程數字輸入8路開關量輸入，1路高速脈沖輸入，支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入可編程模擬量輸入AI1：-1010V輸入，AI2：010V或020mA 輸入可編程開路集電極22、輸出2路輸出（開路集電極輸出或高速脈沖輸出）繼電器輸出2路輸出模擬量輸出2路輸出，分別可選0/420mA或010V三、技術性能特性控制方式優化的V/F控制過載能力150%額定電流 60s；180%額定電流10s調速比1:100載波頻率115.0kHz四、功能特性頻率設定方式：數字設定、模擬量設定、脈沖頻率設定、串行通訊設定、多段速及簡易PLC設定、PID設定等，可實現設定的組合和方式切換。PID控制功能簡易PLC、多段速控制功能：16段速控制擺頻控制功能瞬時停電不停機功能轉速追蹤再起動功能：實現對旋轉中的電機的無沖擊平滑起動QUICK/JOG鍵功能：用戶自由定義的多功能快捷鍵自動電壓調整功能：23、當電網電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒定提供多種故障保護功能：過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能第七章 質量保證及服務承諾一、質量保證 本公司產品自用戶從廠家購買之日起，實行為期18個月的免費保修期（出口國際/非標機產品除外），并享有有償終身服務。但是，如由于下述原因引起的故障，即使在保修期內亦作有償修理： 1、由于使用錯誤，自行改造及不適當的維修等原因： 2、超過技術標準規范要求使用： 3、地震、火災、雷擊、異常電壓、其它自然災害等原因（未盡事宜詳見GD200系列通用型變頻器說明書保修條款）二、服務承諾 1、在質保期內如果不是因操作不當和不可抗力因素而出現故障，我方負責進行免費維修； 2、售后服務的承諾：服務2小時內響應，24小時內抵達現場服務； 3、超過保修期的修理，在修理后向用戶收取器件費用。