10KV355KW风机高低高变频方案
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355KW罗茨风机高低高变频项目技术方案2010-3-101.引言1.1编写目的本技术方用于准确、清晰、完整地描述用户的技术要求，并给出该项目的技术设计方案，以便共同讨论和技术交流。
1.2背景1.3定义列出本技术方案中用到的专门术语的定义。
ACS800 Step-up ABB的ACS800系列中用于高-低-高的变频器系统。
Sine Filter ABB正弦波滤波器CDP312 传动控制盘Fieldbus Adapter 现场总线适配器1.4参考资料在本技术方案中所引用的参考资料：∙ACS800 系列交流传动系统 (产品样本)∙ACS800 用户手册∙ACS800 技术样本∙ACS800 固件手册∙ACS800 硬件手册2.概述为了提高引风机的运行、检测和管理的自动化水平，以及系统的综合可靠性，并且结合客户的节能要求，此次项目的驱动系统拟采用交流变频器实施高—低—高控制。
据此对本项目进行设计。
2.1设计范围本次电厂风机变频项目传动包括：电机参数为：额定功率：355KW额定电压：10KV额定电流：28A2.2设计要求根据上述设计要求，拟采用ABB最新一代的全数字交流变频器系列ACS800中专用于高-低-高控制的ACS800控制系统，实现引风机的控制。
本次设计，提高系统中交流传动电控系统的可靠性和稳定性及系统的可维护性，从而达到提高整个系统的综合运行性能的目的。
3.工艺控制要求变频器可现场手动给定速度控制或DCS控制。
可以通过设置参数来选择不同的操作方式和各种功能。
也可以使用RS485接口以Modbus协议与控制盘或PC机通讯，由PC机实现传动控制系统的控制参数设定和系统全过程的图形和数据显示。
这需要用户根据实际的工艺控制要求和现场的情况来决定。
系统具有完善的电机保护功能，此外还可实现对升压、降压变压器的温度报警停机和断电保护功能。
4.系统方案说明在本方案提供的交流变频器装置为具有明确定义功能和接口，以及正弦波滤波器的全数字交流控制装置ACS800，该交流控制装置与实现系统的自动化控制。
在此方案中，交流传动系统采用ABB公司的ACS800 Step-up/Sine Filter 交流变频器装置以及配套的降压变压器、升压变压器、电机、电缆组成。
4.1 ACS800 Step-up的构成及功能ACS800 Step-up/Sine Filter Drive 是ABB公司ACS800系列中的一员。
ACS800 Step-up 的主要概念是用低压变频器控制中压电机，Step-up应用系统包括变频器、正弦波滤波器、变压器、电缆和电机，它的灵活配置适应于泵、风机和潜水油泵等工业领域。
ACS800 Step-up所包含的变频器是ACS800标准变频器模块，从140KW至2500KW所有功率范围都是IGBT功率模块，并且在变频器内部设置了进线电抗器，从而有效地抑制了高次谐波对电网的影响；ACS800 Step-up具有正弦波滤波器装置，该滤波器能够有效地滤掉高频部分，使其输出的正弦波达到完美无谐波，从而降低了升压变压器的制造费用，并且提高了变压器和电机的使用寿命；ACS800 Step-up与降压变压器和升压变压器配合使用去满足各种电机电压的要求(2-13KV)。
ABB公司在Step-up传动系统应用中具有丰富的经验，自1981年以来已经交付和运行了几百套Step-up传动系统。
4.1.1ACS800 Step-up 传动的特点ACS800高低高系统的特点：∙对电机电压的适应性。
用户可以根据实际情况选择电机电压。
∙合理的费用。
变压容量比没有正弦波滤波器传动的要小。
∙不要求特殊的电机线圈绝缘。
由于有正弦滤波器和变压器的隔离作用不会产生轴承电流。
∙低电机噪音。
输出的电压和电流为正弦波形。
∙允许长的电机电缆。
∙安装在浮地电网中。
∙通过输出变压器补偿因滤波器引起的10%的压降。
∙先进的控制模式。
在工业风机和泵应用中其特点：∙最经济的应用方案，由于采用了正弦滤波器和标准的输出变压器。
∙完美的改造方式，因为正弦波的电压输出。
∙启动转矩为50%的额定转矩。
∙一般电缆最长为300米。
∙提高了风机的使用寿命。
4.1.2ACS800 Step-up 传动的优越性能∙电源断电时的运行—ACS800将利用正在旋转着的电机的动能继续运行，只要电机旋转并产生能量供给 ACS800，使其继续运行。
∙ IR 补偿功能—用于满足高的起动转矩。
电压提升补偿在电缆、升压变压器和电机上的电阻损失。
由于在0Hz 时，电压不能送至变压器，故在ACS800 Step-up 应用中，必须使用特殊的IR 补偿方法 。
所有的IR 补偿是在滑差频率下起动。
∙ 自动跟踪起动功能—ACS800的自动起动特性超过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能，它能在极短的时间内检测到电机的状态并实施跟踪起动。
当电机工作在5Hz 以上时，ACS800 Step-up 可以不带编码盘实施跟踪起动。
跟踪起动功能通过软件设置，不需要任何外围硬件配置。
∙ 堵转功能—当转矩低于设定的限幅，并且在一定的时间内电流高于特定的限幅时，电机被认为堵转并发出故障或报警信号。
∙ 电机缺相保护功能—如果所滤波的三相相电流中的一相绝对值低于设定值，缺相保护功能就要发出故障或报警信号。
∙ 接地保护功能—当变压器原边或变压器电缆出现接地现象时，发出接地故障或报警信号。
∙过载保护和欠载保护。
∙ 短路保护。
IR STEP-UP FREQ.IR COMPENSATIONfn fUStep-up 应用中的IR 补偿4.1.3ACS800 Step-up 柜体装置ACS800 Step-up Drives-MNS 柜体(IP22)安装了一个铰链连接的前门，门上装有主熔断隔离开关的操纵手柄，控制盘安装组件，和其它一些可选件。
冷却空气的通风窗靠栅格挡着，防止异物进入柜体。
ACS800 Step-up柜体内配置了电源输入熔断隔离开关，含快速熔芯，具有电源开关和短路保护双重功能，正弦波滤波器也装于MNS柜体内。
同时输入接触器和急停保护回路作为可选项，用户可以根据实际需要选择。
4.2升压变压器升压变压器在高-低-高变频应用配置中占据主要的环节。
大多数品牌的变频器在高-低-高应用中，其输出侧不含有正弦波滤波器，因此对升压变压器的制造和性能提出了很高的要求，必须特殊设计和生产，增加了投资成本。
而ACS800 Step-up传动装置含有正弦波滤波器，提高了升压变压器和电机使用寿命，并且降低了投资。
由于正弦波滤波器在工作时会造成输出电压的下降，此损失的电压要由升压变压器来补偿，升压变压器原边电压近似等于变频器额定电压的0.9倍(690V)或0.85倍(500V)。
同时考虑变压器到电机电缆阻抗压降和电机内的阻抗压降，变压器副边电压也要适当提高。
见下图二次侧阻抗 Zl = (Rc+Rm)2+(Xc+Xm)2电流I2等于电机的额定电流I1，即I2 = I1变压器二次侧的最大电压 U2 = 3 *I2*Zl5.设备选型根据以上技术方案，系统中各设备选型如下:降压变压器+变频器+正弦波滤波器+升压变压器+风机电机（10KV/690V）（690V）（690V）（690V/10KV）（10KV）选用进线降压变压器：800KVA，10KV /690V，三绕组选用变频器：ACS800-07-0550-7+P901（1×D4+2×R8i柜体式，防护等级IP21，尺寸1730*646*2130）变频器配套正弦波滤波器：NSIN0900-6（柜体式，防护等级IP21，尺寸2330*646*2130）选用升压变压器：500KVA，690V/10KV5.1传动装置:5.2变压器选用降压变压器：500KVA，10KV /690V选用升压变压器：500KVA，690V/10KV6.变频节能技术项目简介:通常情况下，大型风机，一次风机，送风机，引风机中，由于负荷变化较大，因此风机的输出功率变化很大，原有的调节方式主要是通过调节管道阀门来实现，虽然可以节约一定的能源，但是与变频调速相比也浪费了很多能源，也给设备造成损伤，减少寿命。
纵观比较一些的调速方法，用于风量调节的主要方法有以下几种：∙转子回路串电组控制（绕线式异步电机）∙转子斩波调速控制（绕线式异步电机）∙液力偶合器控制∙液体滑差离合器控制∙电磁滑差电机控制∙涡流制动器控制∙调压控制∙串级调速控制（绕线式异步电机）∙调压变频（VVVF）控制∙变极对数控制各种调速控制方法的效率比较如下图1所示，从图中看出液力偶合器和转子串电阻方法效率最低，速度越低效率越小，串极调速和变频调速控制方式效率最高。
锅炉离心式风机风量不同控制方法的电动机电力消耗特性曲线如下图2所示，在输出同样风量的情况下，变极对数、串级调速和变压变频控制的电能消耗最小，转子回路串电阻和液力偶合器控制方式的电能消耗最大。
在本方案中，我们只叙述采用变频调速方式的控制方法，对于其它调速方式在此不再列举。
节能测算（理论）：如上图所示原理上，空气流量控制方法有以下四种：节气闸、导向叶轮、耦合器、变频器。
但是，一涉及到节能它们的效果就完全不同了，现假设典型工作点，位于最大空气流量的80%时，使用节气闸方法的系统之电机将消耗相对于全能耗之90%，导向叶轮消耗为70%，耦合器消耗则为67%，而变频器却仅消耗51%。
这几乎只是节气闸系统所需要电机功率的一半。
另外，在50%空气流量时，使用变频器的电机所消耗的能量只是电机额定功率的15%，而使用耦合器、导向叶轮和节气闸所消耗的能量分别为29%、49%和73%。
因此，可以判断贵厂进行变频节能改造后可以节能30%以上。
贵厂锅炉风机在运行过程中，如果风机阀门开度都为100%以下，阀门的部分关闭造成大量的节流损耗，电机也相应需对阀门阻力做功，这部分就为风机运行中损耗的能量。
安装变频器后，风机阀门全部打开，通过转速的输出来调节风量，节流损耗的部分将被节省。
根据流体力学知识，风机和泵类负载特性如下：流量Q与转速n一次方成正比，即Q∝n；功率P与转速n三次方成正比，即P∝n3。
功率P与流量Q三次方成正比，即P∝Q3。
因此，降低转速，功率相应立方关系降低。
现仅计算应用变频器后风机，水泵本身节省的能源，不包含系统整体效率提高，及减少设备损耗，减少维修，更换设备节省的投资。
应用变频器可节省电能，是属于可在一定时间内收回投资的项目，ABB变频器控制风机，水泵负载，通常情况下节电率可达30%-40%，投资回收期在1～2年左右，节电率会因不同工艺要求而变化。
假定节电率为35%，电机功率为355kW，年运行时间为330天、7920小时全年节电量为：节电率*电机额定功率*全年运转小时35%*355*7920=984060度，(一年节电数量)由此可计算出节省电费，及投资回收期。
