中铝河南分公司自备电厂 一次风机变频节能改造方案书
荣信电力电子股份有限公司
二〇一〇年四月
版本V-R/10 版权所有 侵权必究
Rongxin Power Electronic Co.,Ltd.
RXPE 100415
目录
企业简介 (1)
1、概述 (4)
2、项目背景 (5)
3、系统方案设计 (6)
3.1、方案设计总体目标 (6)
3.2、系统主电路图 (7)
3.3、方案设计配置汇总 (7)
3.4、系统说明 (8)
4、RHVC系列高压变频器技术详述 (8)
4.1、RHVC系列H桥多电平串联高压变频器原理 (8)
4.2、RHVC系列高压变频器实物图片 (11)
4.3、RHVC系列高压变频器系统主要组成 (12)
4.4、RHVC系列高压变频器主要性能参数 (14)
4.5、RHVC系列高压变频器标准输入输出接线图 (17)
4.6、设备外形图及安装底脚图 (18)
5、经济效益评估 (19)
企业简介
荣信电力电子股份有限公司（简称荣信股份，股票代码002123）有着迅猛的和具有实质性的发展。作为中国电力电子技术领域第一支股票从2007年3月28日开始在深圳证券交易所挂牌交易。
荣信（https://www.doczj.com/doc/418287051.html,）是国家发展计划委员会设专项资金建设的专业从事节能大功率电力电子成套装置研究开发、系统设计、装备制造和客户服务的国家级高新技术企业。
荣信总部座落于国家高新技术产业开发区——辽宁省鞍山高新技术开发区，占地面积120000m2，建筑面积90000m2，厂房面积70000m2。拥有员工总数1000多人,其中工程技术人员520余人，外国常驻专家5名,教授级高级工程师5人,副教授级高级工程师9人,博士及博士后15人、硕士35人，公司分别与全俄电工协会、清华大学、西安交通大学、北京交大、辽宁科技大学等共同组建有多个研发中心。
位于鞍山高新区东区办公研发中心
荣信公司西区办公楼
荣信北京分公司办公大楼
企业于2000年通过了瑞士SGS审核的ISO9001国际质量管理体系认证,通过SGS签发的ISO14000和OHSAS18000现场认证。荣信建立了生产一代、储备一代、开发一代、规划一代的良性循环的创新战略管理机制，具有原始创新能力，已获得40余项国家专利和10项软件著作版权，目前已成为节能大功率电力电子专业领域市场供应商的领导者，整体实力居国内同行业之首。因荣信公司高压产品技术先进、成熟，现已完全替代进口，实现大型装备国产化，已被国家授予为“国家重点高科技企业示范基地”和“国家级博士后工作站”。
总部办公楼内一角
?荣信公司是国内唯一对四象限高压变频技术有自主知识产权并掌握核心
技术厂家
?荣信公司建有国内唯一的各项试验条件完备的高压变频全载试验中心。
?荣信公司是国内外唯一掌握高端四象限高压变频技术的厂家。
荣信拥有国际先进水平的66kV/10000kVA和66kV/16000kVA高压电源条件，具有目前国际上最完善的高压变频全载试验中心，具备完善的生产、检测、试验、调试、系统仿真及设计手段。多年来锻炼出了一支技术精湛、现场经验丰富的研发、设计、生产制造、试验、安装调试及客户服务的技术队伍。荣信公司集各方之所长，技术力量雄厚，具有全方位研究与设计能力，试验检测设施精良完备，与国内外著名研究机构和电气公司有着紧密的学术联系和技术合作。
公司高压变频产品更是集公司多年从事高压产品的先进经验及变频核心技术于一身，以顶级器件选取为基础、以与国际同步的先进技术为核心、以高可靠性为设计原则、以长寿免维护为目标，独树一帜、响誉业内，尤其在大功率变频设备领域，有着巨大的优势。
2009年，荣信公司通过排名世界500强美国Fluor公司的资格审查，成为
其为合格供应商。Fluor公司是世界上最大的工程公司之一，位居世界500强，被业界称为最安全的工程公司。我们通过Fluor 公司审查已进入该公司全球采购平台，进入此平台意味着在Fluor的国际大项目中我们已具有与ABB西门子等一流厂商竞争的资格
振兴民族装备制造业，成为受社会尊重的有国际竞争力的公司是荣信矢志不渝的追求目标。自强不息，厚德载物是荣信公司的企业灵魂。荣信愿与用户一道以先进的技术、优质的产品，永恒的服务，为洁净电网、为企业节能降耗、安全运行及优化控制做出贡献。
中铝河南分公司自备电厂
一次风机变频节能改造方案书
1、概述
近十几年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术也进行了一场革命。高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于高压交流电动机的变频调速。其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速等）。高压大功率交流变频调速技术的发展和用计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。高压变频调速以其优异的调速和控制性能、高效率、高功率因数、显著的节能效果、广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的节能调速方式得到了广大用户的认可和市场的确认。在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。
荣信电力电子股份有限公司（荣信股份002123）是专业从事高压大功率电力电子自动化装备、高压变频器（RHVC）以及动态无功补偿(SVC)技术研发和应用的国家级重点高新技术企业，还是目前国内电力电子行业唯一的上市企业。荣信公司主导产品之一“高压电机变频调速装置（RHVC）”是采用目前国际上最先进的IGBT功率单元多电平串联技术、数字控制技术、SPWM脉宽调制技术及先进的散热技术研制而成的系列高压电机节能调速产品。具有高效节能、高功率因数、高可靠性等特的点；四象限变频器能够真正意义上实现再生制动运行等特点，结束了传统方法造成的能源和人力的浪费，延长了电机、风机、水泵等设备的使用寿命，方便了机组的保养和维护，产品整体技术性能居世界领先水平。
荣信RHVC系列高压变频器分为
●“F”系列——风机泵类专用高压变频器
●“T”系列——提升机、恒转矩类专用高压变频器
2、项目背景
中铝河南分公司自备电厂锅炉一次风机系统是两台1400Kw/10kV风机，两台风机并联运行，无备用。目前采用的风量控制方式为风门调节，风门开度约在30%，管网阻力大大增大，扇叶挡板磨损严重，经济性差，能源浪费严重。系统参数详见下表：
电机一直工作在额定电压下，在额定转速的情况下长期运行，势必会使电机的轴承等部件加速磨损，造成日后的设备维护量增加；
在起、停电机时过大的起动电流，会对同一母线上的其它用电设备产生影响，对设备本身也是有相当大的冲击；
流体负载特点说明
对于风机、泵类这种平方转矩负载来说，由流体力学理论可知：“Q∝n、H ∝n2、P∝n3”即“流量（风量）与转速的一次方成正比、压力与转速的平方成
正比、轴功率与转速的三次方成正比；因此，通过改变风机的转速来调节风量、风压，其实质是通过减少流体动力,所消耗的电能也会随实际流量的降低大幅下降。因此风机负载当所需风量减少时，轴功率将按其三次方的关系明显下降，节能效果显著。
变频控制的优势如下：
采用荣信公司的高压变频器能方便的实现对电机的无级调速，可根据生产的不同时期的不同风量要求，随时进行调节；
调节方式多样化，可人工按动加、减速按钮调节，可利用上位机远程控制可通过预先的设定实现自动控制；
由于电机不用工作在额定转速下，这样可大大减少对电机及风机的机械磨损；
实现了电机的软起动，根据负载的实际情况，采用变频器使风机从“0速”开始，平滑的升速，动时不会引起电网电压波动，不会产生任何冲
击，大大延长了风机的寿命：
通过变频控制，使风机在完全满足生的的情况下，取得明显的节能效果，节约大量电费；
变频器投运后基本免维护，极大提高了系统的自动化程度，解决了因调节风机扇叶角度而影响生产进行的问题；
变频器具备多种通讯方式，方便和现场的其它设备进行对接，便于统一的监测和控制；
我公司通过对现场技术数据采集和与贵单位技术人员沟通，结合我公司多年实际经验，对“中铝河南分公司”节能改造提供如下系统配置方案。该方案系统安全性高，运行稳定可靠，并经过多年的工程实际经验证明节能效果显著，为用户节约了大量的电费。
3、系统方案设计
3.1、方案设计总体目标
通过对工程概况的了解和依据贵公司提供的系统参数，我方拟定的一次风机高压变频节能总体建设方案建议如下：
a)选用我公司RHVC系列风机（泵）类专用高压变频器起动一次风机；
b)系统配置为“一拖一”的配置方式；
c)采用变频调速后可节约大量电能；
d)变频装置预留标准RS485通讯接口，方便与DCS连接；
e)变频器配备完善的保护功能，实现对电机和风机的保护；
3.2、系统主电路图
说明：
高压变频器：选用RHVC-A10/1800-F型高压变频器一套，适用于中铝河南分公司自备电厂一次风机。接受集中控制系统的速度给定驱动风机运行，实时检测电机运行数据并将数据送回集中控制系统，对电机具有常规的保护功能；
旁路柜：我公司提出手动旁路方式，用户也可根据实际情况自选其它外围配套设备；
低压控制电：用户为高压变频器提供一路AC380三相四线控制电源，为风机在线监测系统提供控制电源；
高压线缆、低压线缆、通讯线缆：用户根据需要自行采购不同型号的线缆，用于系统的高压、低压、通讯接线；
3.4、系统说明
一次风机采用变频调速装置后可以工作在两种运行状态下，变频、工频，变频器能够方便退出系统进行检修维护。无论是倒换风机还是变频检修均可保证生产连续运行；
状态一：一次风机变频运行
闭合隔离开关QS1、QS2，断开QS3，一次风机变频运行；
状态二：一次风机工频运行
闭合隔离开关QS3，断开QS1、QS2，一次风机变频运行，隔离开关QS1、QS2可作为检修时候的可靠断点；
闭锁、切换关系：
QS1与QS2顺序闭锁；QS1与QS3之间实现机械互锁；
通讯联系：
RHVC高压变频器预留标准的RS485通讯接口，支持Modbus、Profibus等多种通讯协议，并支持以太网组网；预留模拟量AI/AO接口，可实现闭环矢量控制；
4、RHVC系列高压变频器技术详述
4.1、RHVC系列H桥多电平串联高压变频器原理
荣信公司生产制造的专用于风机（泵）类负荷的高压变频调速装置，是荣信
公司的独立知识产权的产品，采用当今国际先进的H桥串联高压变频理论，直接高-高结构，电压源型，整机具有高可靠性，长寿命的特点。
◆变频主电路原理如下：
变频
8
第
◆H桥功率单元原理如下：
功率器件采用德国英飞凌生产的IGBT模块，系统采用目前应用最成熟的PWM 调节方式，系统具有极高的动态响应能力，和最低的IGBT开关损耗。
二极管模块整流直流滤波 PWM调制IGBT逆变输出
变频功率单元原理示意图
输入端R、S、T接变压器二次侧绕组低压输出端，经过三相全波整流桥后，形成直流电压经电容滤波后，供给由IGBT功率模块组成的H桥逆变电路，通过接收光纤触发信号，经过PWM控制技术，控制A+、A-、B+、B-的导通和关断，使其输出单相脉宽调制波形。
◆变频器输入侧实测电压电流波形：
在变压器中，具有相同标号的副边绕组相位一致，标号不同的副边绕组之间则具有一定的相位差，这样就可以消除电网中因功率单元内电力电子器件工作而产生的谐波电流，输入电流的总谐波含量（THD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数，极大的改善了网测电源的质量。实测的高压变频器输入电压波形和电流波形如下：
高压变频器输入电压波形高压变频器输入电流波形
◆变频器输出侧实测电压电流波形：
通过本相上的8个功率单元输出的SPWM波相叠加后，可得到正弦波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，即使在低速下也能保持很好的波形。因此对电缆和
电机的绝缘无特殊要求，适用于常规的电缆和电机。且电机不需要降额使用，可应用在新的电机或旧设备的改造。同时，电机的谐波损耗大大减小，避免了由于输出谐波电流引起的电机发热，和转矩脉动引起的电机振动。
高压变频器输出电压波形高压变频器输出电流波形
4.2、RHVC系列高压变频器实物图片
RHVC系列10kV变频器实物照片（关门）
图片中由左至右依次为：干式移相变压器、变频器控制系统、功率单元柜；
干式移相变压器柜控制系统功率单元柜
RHVC系列10kV变频器实物照片（开门）
4.3、RHVC系列高压变频器系统主要组成
干式移相变压器
干式变压器柜是高压变频调速系统的供电中
心。变压器的原边接收网侧的高压电源，经副边降
压、移相后，向功率单元提供正常工作所需的电源。
变压器柜是一台特殊结构的干式整流变压器，
其原边通过旁路柜内的高压隔离开关与电网相连，
而副边绕组则根据电压等级和变频功率单元的级
数分24组，与功率单元内的功率单元连接，为所
有功率单元供电。变压器的多组副边绕组经过移相
干式移相变压器
向功率单元供电后，可以构成48脉冲系列的多级
移相叠加的整流方式，这样可以大大改善网侧的电流波形，提高网侧的功率因数，无需任何功率因数补偿及谐波抑制装置便可将负载下的网侧的功率因数提高到0.95以上。由于变压器的副边绕组的相互独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，具有极高的可靠性和安全性。
变压器柜内置的电压及电流传感器，可以向功率柜上的显示系统提供所需的输入电压及电流信号和输出电压及电流信号，从而使用户可以直观而准确的了解高压变频器的工作状态。
● 功率单元
功率单元是高压变频调速系统的主体部分，电源电压及频率的改变在这里完成。功率单元的前端与变压器连接，接收变压器供给功率单元的电源，由具有相同结构和功能的多个功率单元串接成星型连接的三相高压电源，以该电源作为高压电动机的输入电源。串接后的三相高压电源，通过控制机的控制，可以实现频率及电压的改变，
从而实现对高压电动机的调速。
功率单元板如图所示，此板安装在功率单元上，作用为接收控制机发出的各种控制命令，并生成IGBT 的驱动脉冲，同时反馈给控制机功率单元的工作状态，包括直流侧电压值、各个IGBT 的集电极高低电平、过压欠压、超温、短路等。
● 控制系统
控制机是由荣信公司自主研发的全数字信号控制装置，内置总线板、CPU 板、PWM 板、数字板、模拟板、通讯板以及显示板。通过编程器将符合用户现场工况的控制程序下载至控制机后，控制机便可实现调速系统的开环或闭环控制、生成多电平的PWM 控制波形、实现快速保护及网络通讯等控制功能。
CPU 板
总线板
功率单元控制驱动板
功率单元
总线板主要功能为整个控制机的电源供给、各板数据传输及内、外部数据交
数字量板
模拟量板
4.5、RHVC 系列高压变频器标准输入输出接线图
45AC ，50Hz AC ，
注：通讯接口点可按照用户的需求适当增加一些；标准RS485接口可以与现场的DCS 等监控系统对接。
4.6、设备外形图及安装底脚图