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1、項目分析1.1空壓機能耗分析我們知道，空壓機加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在PminPmax之間來回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下，Pmax、Pmin之間關系可以用下式來表示:Pmax(1)Pmin ，是一個百分數，其數值大致在10%25%之間。 而若采用變頻調速技術可連續調節供氣量的話，則可將管網壓力始終維持在能滿足供氣的工作壓力上，即Pmin附近。由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機較之變頻系統控制下的空壓機，所浪費的能量主要在2個部分: 壓縮空氣壓力超過Pmin所消耗的能量 在壓力達到Pmin后，原控制方式決定其壓力會繼續上升(直到Pm2、ax)。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導致能量損失。另一方面，高于Pmin的氣體在進入氣動元件前，其壓力需要經過減壓閥減壓至接近Pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。 卸載時調節方法不合理所消耗的能量 通常情況下，當壓力達到Pmax時，空壓機通過如下方法來降壓卸載:關閉進氣閥使電機處于空轉狀態，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調節方法要造成很大的能量浪費。關閉進氣閥使電機空轉雖然可以使空壓機不需要再壓縮氣體作功，但空壓機在空轉中還是要帶動螺桿做回轉運動，據我們測算，空壓機卸載時的能耗約占空壓機滿載運行時的10%15%(這還是在卸載時間所占比例不大的情況下)。換言之，3、該空壓機10%的時間處于空載狀態，在作無用功。很明顯在加卸載供氣控制方式下，空壓機電機存在很大的節能空間。 其它不足之處 A、靠機械方式調節進氣閥，使供氣量無法連續調節，當用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產生較大幅度的波動。用氣精度達不到工藝要求。再加上頻繁調節進氣閥，會加速進氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。 B、頻繁采用打開和關閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。1.2空壓站目前的運行方式1號空壓站有兩臺10KV/1119KW空壓機和一臺10KV/500KW空壓機，2號空壓站目前有三臺10KV/1119KW空壓機和兩臺380V/250KW空壓機。目前兩個空壓站的運行方式基本一致，那就是4、根據實際的用氣量及壓力開停空壓機。據實地考察用氣壓力基本要保持0.62MPa；低于0.62MPa后就要加開一臺電機，高于0.62MPa就要泄氣或停掉一臺電機。目前的運行模式除了存在降壓卸載存在的大量能耗損失外還存在電機開停頻繁造成的能量損耗；電機的頻繁開停容易縮短空壓機系統的使用壽命，而且也加強了操作人員的勞動強度。1.3 空壓機節能原理經常卸載和加載導致整個氣網壓力經常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調節方式（如調節閥門或調節卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下，由于電機轉速不變，電機功率下降幅度比較小。根據空氣壓縮理論，壓縮機的軸功率、排氣量和軸轉速符合下列5、公式： N=Mrn/9553（KW） Vd1KVh1n2（m3/min） 式中：N壓縮機的軸功率（kw） Mr壓縮機輸入的平均軸轉矩（N.m） n 壓縮機的軸轉速（r/min） Vd1 在n2 轉速下的排氣量 （m3/min） K 與汽缸容積、壓力、溫度和泄漏有關的系數 Vh1 一級缸容積（m3） n2 調節后的壓縮機轉速（r/min）根據上述理論分析，在空氣壓縮機的汽缸容積不能改變的條件下，只有調節壓縮機的轉速才能改變排氣量；空氣壓縮機是恒轉矩負載，壓縮機軸功率與轉速呈正比變化。在壓縮機總排氣量大于總用氣量時，通過降低壓縮機轉速調節供風壓力，是達到壓縮機經濟運行的有效方法。1.4變頻改造的原6、理設計針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，經過上述對比分析，應用變頻調速技術進行恒壓供氣控制。采用這一方案時，可以把管網壓力作為控制對象，壓力變送器YB 將儲氣罐的壓力P轉變為電信號送給PID智能調節器，與壓力設定值P0作比較，并根據差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產生控制信號送變頻調速器（VVVF），通過變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力P始終接近設定壓力P0。同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護系統。具體的控制系統流程圖如圖1所示。圖1 恒壓供氣控制系統圖1.5空壓機具體的控制方法由于貴廠采用的是空壓機并聯運行，所以要考慮整個空壓站的經濟可靠運7、行發揮空壓站的最大效率。根據具體恒壓供氣控制系統圖結合貴廠實際工藝控制流程制作控制方案如下： 1號空壓站控制系統圖 2號空壓站控制系統圖控制說明：一臺空壓機可以滿足實際用氣壓力時控制器只啟動一臺變頻器由變頻器根據實際壓力閉環運行，當此臺變頻器達到工頻運行后還不能滿足壓力需求時控制器自動加開一臺變頻器同樣根據實際壓力閉環運行，以此類推直至三臺變頻全部啟動。相反當壓力滿足要求后變頻器降低頻率運行，低至一定值后控制器根據壓力自動停掉其中一臺空壓機。此控制系統可以發揮空壓機的最大效率，由于是恒壓控制，空壓機運行中既避免了系統壓力達到設定值電機保持額定轉速運行帶來的低效率損耗，又徹底避免了系統壓力高于設8、定值靠泄氣來保持壓力的無謂的能量損耗。此系統采用壓力自動控制還可以避免操作工人的勞動強度，簡化了操作工藝。1.6節能分析就2號空壓站其中一臺電機分析，系統原工頻運行：空壓機壓力在0.62MPa，電機一天的平均額定電流為A；平均運行功率970KW。預計采用變頻器運行后：壓力基本在0.6MPa-0.65MPa，電機運行在43HZ左右就可以滿足工藝需要，而此時電機功率輸入預計在750KW。由此可知單臺空壓機一年按工作350天運行計算，則一年總節能：（970-750）*24*350= 184.8萬度，節電率23%左右。 由于貴廠每天的用氣量都與所不同導致每天開啟的空壓機臺數及開停時間也不盡相同，所以無9、法精確計算出兩個空壓站每年的節電量；現只能就單臺空壓機單位時間內的節電量做出預測，按現在的運行方式開機臺數越多節電空間越大。二、 高壓變頻調速系統技術簡介2.1 HN-HV系列高壓變頻調速系統原理與結構2.1.1 系統原理HN-HV系列高壓變頻調速系統采用多個功率單元串聯的形式。對于10kV系統每相九個單元串聯，每個功率單元輸出交流有效值Vo為640V，相電壓為5760V，線電壓為10000V。圖21【電壓疊加形成高壓輸出原理結構】2.1.2 功率單元結構功率單元主要由三相橋式整流橋、濾波電容器、IGBT逆變橋構成，同時還包括由功率器件驅動、保護、信號采集、光纖通訊等功能組成的控制電路。通過控10、制IGBT的工作狀態，輸出PWM電壓波形。每個電流大小相同的功率單元在結構及電氣性能上完全一致，可以互換。圖22【功率單元電路結構】 圖23【單元輸出PWM波形】2.1.3輸入側HN-HV系列高壓變頻調速系統在10kV電源側采用多達54重化的整流技術，電網側諧波污染小，功率因數高，無需功率因數補償及諧波抑制裝置，對同一電網上用電的其它電氣設備不產生諧波干擾。2.1.4輸出側在輸出側由每個單元的L1、L2輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，由于采用多重化的正弦脈寬調制SPWM技術，輸出諧波非常小，可消除葉片與軸承的振動，無需諧波抑制裝置可直接適配各種電機。2.1.5控制器主控制部分采用專用D11、SP(數字信號處理器)加可編程邏輯器件為控制核心，實現SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器中文顯示，具備頻率、電流、電壓、故障等顯示。控制電源采用兩路電源自動切換技術，保證供電可靠性。另外，當控制電源掉電后，可由系統配備的UPS繼續供電。主控制部分和單元控制部分通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統的可靠性。2.2 HN-HV系列高壓變頻調速系統功能2.2.1啟動方式HN-HV系列高壓變頻調速系統具有正常啟動和軟起動兩種啟動方式：正常啟動方式：調速系統按正常方式啟動后，閉環或開環運行于設定值。軟啟動方式：對于大功率電機，采用此調速系統對電機進行無沖擊電流啟動，啟12、動完成后電機切換至工頻電源，完成電機的軟啟動。2.2.2運行方式閉環控制：檢測回路獲得被控制量的實際值，與設定值比較，得到偏差信號。偏差信號經過PID調節來控制電機轉速，調節被控制量，使之與設定值一致。開環控制：選擇開環控制，頻率控制信號由頻率設定方式給定，輸出按照負載特性設定的幾種壓頻比曲線方式控制電機運行。2.2.3頻率設定功能運行頻率設定方式包括：工控機LCD觸摸屏設定、控制柜電位器設定、外部420mA、020mA或010V、05V模擬信號輸入給定、開關量頻率升降給定、上位機給定等多種給定方式。2.2.4控制方式本地控制：利用系統工控機LCD觸摸屏、控制柜上的按鈕等就地控制。遠方控制：系13、統提供數字和模擬輸入接口，由DCS或上位機實現控制。2.2.5 參數設定功能可以設定轉矩提升、U/f加速曲線以適應不同的負載情況,可以設定多達3個共振頻率躲避區域,可以按現場情況需要設定電機保護參數、輸出量功能定義設置等。2.2.6 故障報警與查詢功能具有故障報警和故障查詢功能，提高故障排除效率，為用戶維護提供方便。2.2.7 運行狀態記錄與顯示HN-HV系列高壓變頻調速系統具有自動記錄運行狀態和進行顯示的功能，并對顯示數據分類，方便日常維護。同時可通過串行通信與上位機連接，將運行狀態信息上傳到上位機，對記錄數據進行分析、報表打印等。2.2.8 旁路功能工頻旁路：當變頻調速系統發生故障停機或對14、變頻調速系統進行檢修時，電動機直接接電網工頻運行，以提高整個系統的適應能力，保證用戶負荷的連續運行要求。單元旁路：HN-HV系列高壓變頻調速系統還設計有功率單元旁路功能。當某個單元發生單元過熱、單元短路、單元充電等故障時，控制系統自動將該功率單元從系統切除，同時將與其同級不同相的其它兩個單元切除，保證系統在一定的帶載能力下繼續運行。2.2.9 其他功能聯動控制：HN-HV系列高壓變頻調速系統可以根據用戶需要提供聯動控制功能，控制生產流程中其他部件。編程運行：可以根據負載運行特性進行編程控制，實現最經濟的運行方式。2.3 HN-HV系列高壓變頻調速系統產品特點 HN-HV系列高壓變頻調速系統適用15、于標準中高壓（3kV，6kV，10kV）三相交流電動機，具有以下的特點：2.3.1 適用中國電網，抗電壓波動能力強電網輸入側電壓在1510范圍內波動時，通過電壓波動補償算法來自動補償輸出，保證額定輸出。網側電壓在 85額定值至105額定值內不停機，保證電機持續運行。2.3.2 軟啟動、無沖擊電流HN-HV系列高壓變頻調速系統對電機進行軟啟動，具有線性和二次方曲線形式來控制電壓頻率比，每種曲線形式有多條曲線供用戶選擇。起動時間由用戶設定，內部設有加速過流限速功能，以確保電機啟動的沖擊電流，保證電機的安全運行。啟動過程自動搜索電機轉速，不必保證電機停轉，能夠實現對電網和電動機無過流沖擊的快速啟動。2.3.3 智能化功能強加減速自適應功能，在啟停機時間設定不當的情況下系統自動調整時間；雙屏直觀顯示，具備虛擬示波器功能；精確的故障定位功能，實時監控，提高故障排除效率；接口豐富、形式多樣，產品設計具有豐富的模擬和數字量I/O接口，內置PLC，與各種自動化設備和系統接口，滿足各種現場不同的需求；遠方頻率給定信號具備斷線報警和保護功能。2.3.4 控制電源高強度隔離技術在系統不合高壓的情況下，就可進行整機調試。