下载文档原格式
0引言风机在发电厂、煤炭企业中应用非常广泛，总体来说给我们的工作带来了很多便利。
但由于在以往的风机中，针对风量的控制一般所使用的是挡板阀门的方法，这种方法不仅工作效率较低，而且在工作时其对于能源的利用率也比较低，这就在一定程度上加大了企业的负担。
基于此，做好风机改造工作，引入高压变频技术是将来的一种趋势。
因此，对风机高压变频改造的研究具有非常重要的实践意义。
1风机高压变频改造研究中相关概念的界定风机就是通过输入的机械能对气体的压力进行有效地提升，最终进行气体排放的器械，它属于一种从动的流体机械。
而变频器调速主要是指在电源频率改变时，电动机的转速也会按照一定的比例出现变化。
风机变频改造主要就是通过变频器来对电源频率进行改变，进而影响电机转速，它可改变风机的性能曲线，最终起到改变风量、调节风机工况的目的。
理论上说，风机高压变频改造的原理是频率越高，电动机的转速会越大，公式为：N ＝60f （1－s ）／P 。
一般来说，无级调速具有稳定性的特点，这一点对类似于风机的平方转矩类负载效果尤为明显。
具体工作中P 和Q ×H 有如下正相关关系：Q 2＝Q 1×（N 2／N 1）H 2＝H 1×（N 2／N 1）×（N 2／N 1）P 2＝P 1×（N 2／N 1）×（N 2／N 1）×（N 2／N 1）从这些公式中可以看出：风量也就是流量随着转速变化成正比例变化，风压也就是扬程随着转速变化的平方成正比例变化，轴功率随着转速变化的三次方成正比例变化。
2风机高压变频改造的节能原理以下我们将根据风机系统特性曲线分析使用不同方法对风量进行控制的特征，以帮助我们理解风机高压变频改造的节能原理。
图1中灰色曲线为风机满速运行曲线，而交点位置即系统的额定工作点，方形面积代表的是额定工时的电能消耗量。
通过控制入口或出口风门调节风量和压力的方法如图2所示。
从中可以看出，通过控制入口风门的大小来对风量和风压进行调节类似于改变了管网的阻抗特性，增加了管网的阻力。
高压变频技术在风机节能中的应用摘要：高压变频技术在风机节能改造中的有效应用，能够大幅度提升风机设备的节电率，这对于缓解我国资源供应与资源需求之间的矛盾有着非常重要的作用。
基于此，下文将对高压变频技术在风机节能中的应用展开一系列的分析，希望能够有效促进我国社会经济的可持续发展。
关键词：高压变频技术；风机节能；应用1 高压变频节能的特点分析利用高压变频技术对风机转速进行控制的原理为实现电机输入频率的改变，而在改变的过程中并不会额外地消耗电机功率，能够促进电机综合效率的提高。
电机变频节能的主要特点包括以下几个方面：第一，电机综合效率比较高，且发热量与能耗都比较低；第二，具有无极调速的特点，具有较为广泛与精准的调速功能；第三，启动时所需的电流比较小，节能效果突出，同时也不会对所在的电网造成冲击；第四，不存在转差率损耗；第五，能够促进电机功能因数的提高，不需要在另外加装无功补偿装置；第六，具有较高的自动化水平，具有自动限流、限压、减速等功能，同时能够对故障、运行及报警情况进行记录，对系统的安全运行奠定了基础；第七，依据电量成本对电机转速进行智能化的调节。
随着电力建设的不断发展，电力供需矛盾不断激化，只有对风机的流量进行调节才能够更好地满足生产的需要，通过这种方式提高企业效益，降低企业能耗。
2 风机运行中应用节能技术的实际意义改革开放以来，我国在电力行业上越来越多的使用高压电机，它的使用总量达到电厂电机驱动设备的百分之八十左右，它们都是耗电巨大的设备，而发电企业的机组负荷又长期不是运行在最高峰，常在中高负荷下运行，这样就使得电能被大量浪费，如果不对它们进行相应的改造，那么这个极大的浪费就会一直存在。
调整电动机速度的方式是很多的，目前使用得最多的就是变频器调节电动机的速度，在技术上已经非常成熟了，大部分是用于低压电动机上。
近年来，电力电子技术的飞速发展让高压变频器技术也越来越成熟，被越来越多的应用到火电厂的节能改造上。
石家庄钢铁厂除尘系统高压变频改造节能分析与技术方案首先，高压变频技术改造可以提高系统的运行效率。
传统的除尘系统中，除尘风机使用的是恒流输出方式，不能根据不同工况的需求来调节风量。
而高压变频技术可以实现风量的自动调节，根据炉排产生的烟尘和颗粒物的情况来调整风机的运转频率和转速，使其在适当的风速下运行，提高了除尘效率。
高压变频技术还可以通过改变风扇的工作频率来精确控制风量，使其与系统的需求匹配，避免能量的浪费。
其次，高压变频技术改造可以降低系统的能耗。
由于石家庄钢铁厂的除尘系统属于中压风机，风机的能耗通常较高。
采用高压变频技术可以实现风机的无级变速，避免了传统的多级调速方式，减少了能量的损耗。
高压变频技术还可以根据炉排产生的烟尘和颗粒物的情况实时调整风机的运行状态，避免了因为工况变化而导致的能耗增加。
最后，高压变频技术改造还可以提高系统的可靠性和稳定性。
传统的除尘系统中，由于恒流输出无法根据工况变化来调节风量，容易出现运行不稳定的情况。
而高压变频技术可以根据需求实时调整风机的运转频率和转速，使其保持恒定的风速，提高了系统的稳定性。
此外，高压变频技术还具有过载保护功能，可以避免因为外界因素导致的设备过载，提高了系统的可靠性。
针对石家庄钢铁厂的具体情况，推荐以下高压变频改造方案。
首先，需要选用适合的高压变频器来实现风机的变频调速。
建议选择具备较大功率范围和多种保护功能的高压变频器。
通过对风机的实时监测和数据分析，根据工况要求来调整风机的运行参数，实现风量的精确控制。
其次，需要对除尘系统的控制系统进行改造，增加高压变频器的控制模块。
通过与原有控制系统的数据交互和整合，实现对风机的远程监测和控制。
最后，应该对除尘系统的传感器和监测仪表进行升级。
选用高精度的传感器和监测仪表，对炉排产生的烟尘和颗粒物进行实时监测，反馈给控制系统，实现对风机运行状态的准确控制。
通过对石家庄钢铁厂除尘系统的高压变频改造，可以提高系统的运行效率，降低能耗，提高系统的可靠性和稳定性，实现节能减排的目标。
第36卷,总第210期2018年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.36,Sum.No.210Jul.2018,No.4330MW 机组风机高压变频改造方案及节能潜力分析汪 林1,任博文2(1.神华国华宁东发电有限责任公司,宁夏 灵武 750403;2.包头东华热电有限公司,内蒙古 包头 014040)摘 要:为降低厂用电率、提高机组的节能效益,本文针对神华宁夏国华宁东发电有限公司330MW 机组锅炉风系统的一次风机和二次风机运行状况及存在问题进行了分析,提出了相应的变频改造方案,并对设备能耗与变频改造方案的节能潜力进行了分析。
通过对两个机组的年预计节约电量计算,表明该改造方案具有较大节能潜力,对同类机组的改造有一定借鉴意义。
关键词:风机;变频;改造方案;液力耦合器;节能潜力中图分类号:TK223.26 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2018)04-0380-05High -voltage Frequency Conversion Reconstruction Plan for 330MW UnitFan and Analysis of Energy Saving PotentialWANG Lin 1,REN Bo -wen 2(1.Shenhua Guohua Ningdong Power Generation Co.,Ltd.,Ningxia 750403,China;2.Baotou Donghua Thermal Power Co.,Ltd.,Baotou 014040,China)Abstract :In order to reduce the power consumption rate of the plant and improve the energy efficiency ofthe unit,this paper analyzes the operation status and existing problems of the primary and secondary fans of the 330MW unit boiler air system of shenhua ningxia guohua ningdong power generation Co.,Ltd.The frequency conversion transformation plan is analyzed,and the energy saving potential of equipment energy consumption and frequency conversion transformation scheme is analyzed.Through the calculation of the estimated annual energy savings of the two units,it shows that the transformation plan has greater energy saving potential and has certain reference significance for the transformation of similar units.Key words :fan;frequency conversion;transformation plan;hydraulic coupler;energy saving potential收稿日期 2018-04-10 修订稿日期 2018-04-26作者简介:汪林(1973~),男,专科,助理工程师,主要从事发电生产技术管理工作。
6kV一次风机变频改造研究随着电力行业改革的不断深化，电力企业降低发电成本将是节约型企业长期坚持的目标，而降低企业厂用电率是降低发电成本的重要手段。
为此，节能降耗工作便成为发电企业生产经营管理的重要内容。
2 改造必要性分析我公司#1、#2机组（135MW流化床机组）于2008年4月投产。
通常情况下机组负荷在70MW-110MW之间。
风门开度一般在35%左右，130MW负荷时一次风机电流在140A左右，90MW负荷时一次风机电流在120A左右，为控制锅炉进风量来适应发电机组负荷变化的需要，主要是靠调节一次风机的挡板开度大小来实现，发电机组一般情况下运行时，风机的当班要消耗部分功耗，且随着机组负荷的降低，被挡板消耗的功耗就越大，致使一次风机的效率随着发电机组负荷率的降低而极具下降。
除了上述问题外一次风机在运行中还存在下列问题：2.1当一次风机电机工频运行时，风机风门调节流损较大、出口压力高、风道出口压力大、造成风道磨损严重、导致系统效率降低，造成能源的浪费。
2.2 当风量降低减小风门开度时，由于风门前后压差增加使其工作安全特性变坏，压力严重损失，造成能耗大大增加。
2.3 一次风机风道压力过高使风机系统密封性能威胁，情况严重的话会导致风门不能关严及风道泄漏等情况发生。
2.4当启动一次风机电机时，若采用工频直接启动方式，启动电流将达到7倍的额定电流，由于电机受到的电气、机械冲击较大，经常会发生转子笼条断裂损坏电机事故。
2.5 一次风机采用挡板执行机构时故障较多，长期频繁调节会缩短设备使用寿命、平常维护量大，维修成本高，造成各种设备由于检修维护浪费资源和时间。
为解决一次风机存在的上述问题，我公司决定对一次风机调速控制系统进行改造，对电机进行变频器调速来实现风量调节，实现稳定控制和达到节能的目的。
3 一次风机变频调速改造方案介绍我公司一次风机电机电压等级为6KV的普通国产电机，其主要参数如下：型号为YKK560-4，额定电压为 6 kV，额定功率为11600kW，4极，额定电流为180A，额定转速为1480r/min，额定频率为50Hz，绝缘等级为F级。
高压变频改造工程施工组织设计高压变频改造工程一次风机高压变频改造工程施工组织设计编制说明为确保一次风机的变频装置安装质量达到设计要求，避免不必要的重复工作，保证施工人员的安全，特编写此程序。
施工组织设计的编制依据主要为以下标准和技术文件：GB - 7216-87、GB -93、GB -92、GB6450、DL/T596—1996、DL/T402—1999、DL/T403—2000、DL/T404—1997、DL/T486—2000、DL/T615—1997、DL401—1991、DL413—1991、DL/T572—1995、变频器外形图、安装图、布置图及相关技术文件等。
工程概况3、#4机组一次风机高压变频改造安装工作范围包括：3、#4炉#1、#2号风机变频控制柜、模块柜、变压器柜、旁路柜、6千伏段至变频配电室、一次风机至高频间高压电缆采购及安装、控制电缆采购及安装敷设。
对电缆敷设后的孔洞进行防火封堵，调试运行所属电气设备，包括电气设备的交接试验等项目。
变频改造电缆间的电缆桥架的安装，配电室照明控制箱、照明线路、灯具及开关及空调电源控制箱、电源插座的安装。
机具、人员安排主要施工机械设备包括32T汽车吊1台、汽车1台、叉车1台、交流焊机BX3-300 2台、角向磨光机2台和冲击钻1个。
施工所需工具和设备包括5台手动葫芦3T和1台手动葫芦5T，以及其他工量检测工具。
施工人员包括班长1人、钳工8人、电焊工2人、起重工2人、吊车司机1人、技术员1人、铁工8人、电工1人和施工负责人1人。
施工环境要求包括土建基础经过验收合格并交安，运输道路畅通，场地平整。
施工电源盘和电焊机已经装好，具备送电和焊接能力，并符合安全和施工要求的布置要求。
照明布置也合理，满足施工要求。
施工范围主要包括变频器之间开关柜、变压器柜、变频柜、主控柜之间的高压输入电缆、变压器到功率单元电缆、功率单元之间的连接、功率单元到开关柜的高压输出线的连接、主控柜的信号采集取样线的连接、主控板到功率单元线的连接，以及从高压母线段、高压配出盘到变频器开关柜的高压输入电缆、和从变频器到一次风机电机的负荷电缆的铺设、电缆头的制作和电缆线的连接等。
股票代码：0 0 2 1 6 9河南南阳油田高压电机变频改造节能方案股票代码：0 0 2 1 6 91 项目介绍1.1能源形势与节能能源短缺和环境污染是人类当前共同面临的世纪性难题。
据统计全球已探明石油储量只够使用30～50年。
我国自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位，但我国人口众多，能源资源相对匮乏。
而作为我国在电力方面重点推广的节能技术之一的高压大功率变频调速技术，对于节能方面有着明显的效果。
我国高压电动机总容量在1.5亿千瓦以上（不包括低压电动机），大部分为风机泵类负载，这些电动机大都由6kV/10kV驱动，它们大多工作在高能耗、低效率状态。
覆盖电力、石油、化工、冶金、制造、环保、市政等行业，其耗电量占全国总用电量的25％左右。
而水泵和风机的一个特点是负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
如可根据所需的流量调节转速，就可获得很好的节电效果，一般可节电20％～50％。
1.2改造项目介绍本方案的改造对象是河南南阳油田高压电动机负载。
上述风机原先风门开度调节风量，存在着较大的能量损耗。
为降低能耗以及提高贵厂自动化水平，广州智光电气股份有限公司针对贵厂高压电机的运行数据和实际工况，同时结合我们以往节能改造工程中所积累的经验，经过我公司认真分析计算，贵厂以下设备进行变频改造将具有较显著的经济效益。
负载描述：电机铭牌参数负载参数安装调节方式电机型号Y450-4 负载型号SFY15.5D-C4A 安装方式额定功率kw355KW 负载类型引风机流量调节方式风门调节额定转速rpm1485r/min 负载轴功率kw 269KW额定电流A26A 额定流量m³/h 177503m³/h 额定电压V10KV 额定压力Mpa 4582Pa功率因数0.865负载效率84%股票代码：0 0 2 1 6 9防爆要求防爆等级IP23 现场照片环境温度夏季40℃现场噪音db 安装位置泵或风机的实际运行参数工况1 流量/阀开度28% 压力电机电流7A 年运行时间7900h工况2 流量/阀开度压力电机电流运行时间工况3 流量/阀开度压力电机电流运行时间一、直接节能收益：根据参数表运行参数及工况计算，引风机原运行功率约285KW，节电率约35%，单位时间节电功率约30KW,年节电量约30KW*7900H=237000KWH,按电价0.5元/KWH计算，年节电费约11.85万元！配套变频系统型号和外形尺寸如下所示：适配电机： 355kW 10KV 长深高重量旁路方式配置型号（mm）(kg)手动Zinvert-A8H450/10B 3500 1580 2650 3192自动4000 1580 2650 3492布局要求：四面到障碍物的距离（mm）旁路方式前后左右顶手动1000 1000 800 800 ＞300自动1000 1000 800 800 ＞300二、间接效益1、变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑。
2、电机以及负载转速下降，系统效率得到提高，取得节能效果。
大大减少了对设备的维护量，节约了人力物力资源。
股票代码：0 0 2 1 6 93、由于电机以及负载采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。
4、功率因数提高到0.95以上，不仅省去了功率因数补偿装置，而且减少了线路损耗。
5、厂房设备噪声污染将降低。
6、提高整个系统的自动化水平和工艺水平。
7、节能减排，减少了温室气体的排放，保护了环境。
8、负载改变频后，由于变频器采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除35次以下谐波。
由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2％以内，电流谐波总含量小于2％。
延长了设备的使用寿命。
9、变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于2％，上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求。
延长了电机的使用寿命。
有关本次节能报告的详细技术方案附后。
股 票 代 码：0 0 2 1 6 92 变频改造节能分析2.1 变频调速节能原理从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的风机、水泵负载，轴功率P 与流量Q ，扬程H 的关系为：H Q P ⨯∝当电动机的转速由n1变化到n2时,Q 、H 、P 与转速的关系如下:1212n n Q Q ⨯=(1)21212⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=n n H H (2)2p =1p 312⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯n n(3)可见流量Q 和电机的转速n 是成正比关系的，而所需的轴功率P 与转速的立方成正比关系。
所以当需要80％的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80％，即调节频率到40Hz 即可，这时所需功率将仅为原来的51.2％。
如下图所示，从风机、水泵的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。
调节前管网特性调节后管网特性扬程HH2H1BAQ2Q1n1n2流量QHBD e l t (P )CO风机、水泵的运行曲线图当所需风量、流量从Q1减小到Q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A 点变到新的运行工况点B 点运行，所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机、水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变，但风机、水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A 点移至C 点。
此时所需轴功率P3与面积HB ×Q2成正比。
从理论上分析，所节约的轴功率Delt(P)与股 票 代 码：0 0 2 1 6 9（H2-HB ）×（C-B ）的面积成正比。
考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机泵类通过调速控制可节能20％～50％，有些风机负载节能比例达60%以上。
2.2 变频改造节能分析液耦调速器与变频调速器改造后的唯一区别就是两者的效率不同，变频器的效率一般保持在96%以上，而液耦的效率在95%以下。
在变频改造后，保留液力耦合器，将其开度开至100%，则两种开度下的液力耦合器的效率差是节电来源，而节能计算也是围绕着计算液耦的运行效率计算。
输出转速比效率变频调速效率液力偶合器效率液力耦合器调速和变频调的效率对比根据液耦调速器本身损耗功率公式()额P i i i P e s ⨯-=∆23121/计算出液耦运行状态下的转差损耗功率，再加上液耦的轴承摩擦损失、油路损失、鼓风损失、导管损失等，此部分损耗按照电机输出轴功率的3％计算，即液耦的全部功损为：103.0P P P s +∆=∆，液耦再计算出负载需要的输入功率即轴功率P P ∆-1。
这样，根据变频器效率为0.96，计算出变频改造后的电机输入功率()η/12P P P∆-=。
2.3 变频改造节能分析2.3.1改造前工频运行功率计算公式φcos 732.11⨯⨯⨯=I U P股 票 代 码：0 0 2 1 6 9U ：电机电压，kV ；I ：电机电流，A ；1P ：单一负荷下工频运行功率，kW ；φcos ：单一负荷下运行功率因数，小于额定功率因数。
()∑⨯⨯=δ11P T CT ：全年平均运行时间，h ；1P ：单一负荷下的运行功率，kW ；δ：这种负荷下的全年运行时间比例；1C ：改造前总耗电量，h kw ⋅。
改造后变频运行预计功率计算公式： 液偶调速器的转速比：e /n i n =；其中：n ——液偶的输出转速，r/min ；n e ——为液偶的输入转速，r/min液偶调速器的转差损耗计算公式：()额P i i i P e ⨯-=∆232/其中：i ——液偶转速比；e i ——液偶额定工况点的转速比，取0.97； P 额——电机额定功率，kW ；转差损耗不包括液偶的轴承摩擦损失、油路损失、鼓风损失、导管损失等。
改造后变频运行功率计算公式：()η÷∆-=P P P 12其中：P 2——变频改造后电机输入功率，kW ；P 1——改造前电机输入功率，kW ； P ∆——液偶的功率损耗，kW ；η——变频装置的效率。
()∑⨯⨯=δ22P T C其中，2C ——改造后总耗电量，h kw ⋅。
2.4 变频调速其他附加好处2.4.1提高网侧功率因数原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.8－0.9，实际运行功率因数远低于额定值。
采用高压变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.95以上，大大的减少无功功率的吸收，进一步节约上游设备的运行费用。
2.4.2降低设备运行与维护费用股票代码：0 0 2 1 6 9采用变频调节后，通过调节电机转速实现节能；转速降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期、设备运行寿命延长；变频改造后风门开度可达100％，运行中不承受压力，可显著减少风门的维护量。
在使用变频器过程中，只需定期对变频器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。
从实际改造情况看，采用变频调速后，运行与维护费用大大降低。
2.4.3软启软停功能采用高压变频改造后，电机实现软启软停，启动电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。
在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常，无任何附加的异常振动和噪音。
2.4.4增强电机的保护功能与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，更完善地保护了电机。
2.4.5实现高度自动化采用变频改造后，系统运行操作简单，运行方便。
可通过计算机远程给定风量或压力等参数，实现智能调节。
2.4.6增强系统运行的可靠性ZINVERT智能高压变频调速系统适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-35%～+15%之间波动时，系统均可正常运行。
股 票 代 码：0 0 2 1 6 93 项目建议改造方案3.1 改造电气原理3.1.1手动旁路方式采用手动旁路方式改造电气原理如下图所示：MZINVERTK1K2开关柜高压开关电动机负载系统高压母线手动旁路柜系统母线电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2送至电动机系统母线电源还可经刀闸K2切换至工频侧直接起动电动机。
一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧高压开关及刀闸K1，将变频装置隔离，切换刀闸K2至工频侧，合高压开关工频起动电机运行。
刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。
3.1.2自动切换方式采用自动动旁路方式改造电气原理如下图所示：自动旁路柜系统高压母线J2J1J3负载电动机开关柜高压开关K2K1ZINVERTM该方案在设计中考虑：（1）、刀闸K1、K2无机械闭锁功能，只是在检修时由手动断开以形成明显的断开点，确保工作人员的安全。
在工频和变频运行状况下均处于闭合状态。
（2）、工频旁路接触器J3与变频进线接触器J1、变频出线接触器J2具备电气闭锁功能，不能同时闭合。
