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圣诺高压变频器的节能改造方案
xiao_xiao1 发表于 2009/4/14 16:51:56 550 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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海南裂化1#共有两台风机，分别为400kw（引）/314kw（鼓） -6kv。这些风机的驱动电机是按最大额定负荷设计的，而风机一年中能在最大额定负荷段状态下运行的时间却很少，其中，1 #单元两台风机，全年时间运行都在60%的负荷段上。
由于受设计和制造技术条件的影响，电厂主要用电设备如：鼓风机、引风机、给水泵等高能耗设备，其输出功率不能随机组负荷变化而变化，为了满足负载对变化风量的要求，我们传统工艺一直采用调整风道档板开度的办法，这种办法能够改变和调整风量，却无法调整驱动电机的转速和按比例节能，造成了工业生产中能源的大量浪费和生产成本的上升。造成很大部分能量消耗在节流损失中。因此对现有设备进行技术改造，无疑将促进裂化行业的技术进步，降低成本，提高我国石油企业的综合竞争能力。
2.现场条件概述及改造要求
2.1 现场条件概述
4#现有的引鼓风机电机参数如下：
风机名称 电机型号 额定电压 额定电流 额定功率 功率因数 额定转数
引风机 YB450M2-6W 6kV 48.7A 400kW 0.85 990 r/m
鼓风机 YB450S3-6W 6kV 38.3A 315kW 0.85 990 r/m
为了降低生产成本，降低能耗，适应我国关于能源节约与资源综合利用“十五”规划的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持续发展理念的经济增长模式，应用变频节能技术来改造传统工艺的技术缺憾。我单元申请把挖潜节能降耗的工作提到议事日程中，从技术改造着手，寻求节能降耗的途径和办法。
针对以上能源浪费的现象，采用高压变频调速技术队裂化场中要用电设备的驱动电源进行技术改造，是我单元节能降耗提高竞价上网竞争能力的有效途径。
2.2改造要求
1. 工艺要求：各根据负载需求，实现0～50Hz的无级连续调速。
2. 控制方式要求：远程控制和就地手动控制。
3. 先进性要求：系统设计应能满足未来数字化油田所需的各种数据传输和在线监控及数据处理等功能；
4. 可靠性要求：在系统本身高可靠性的前提下应增加变频器旁路自动切换，手动自动切换；
5. 适应能力要求：系统设计应能满足未来3-5年内由于石油产量变化所引起的风量波动，即系统对风量的调整裕度要足够大。
6. 节能要求：要求改造总投资回收期不得超过三年。
7. 安全要求：系统各种电气保护功能齐全，满足现场防腐及其他要求；
8. 环保要求：满足国内国外对电网谐波污染的通用标准。
3.实施的改造方案
3.1 变频器的选型方案
由于高压变频改造所实施的具体方案与变频器的选型有直接的关系,所以我公司首先进行了变频器的选型考察，经过仔细认真地比较，最后意大利圣诺产品——高压变频器以其优良的质量，齐全的技术性能和周到的售后服务，赢得了我方的认可。
3.2 主回路方案
根据我公司风机负荷的重要性，我们决定采用的变频控制为一拖一方案，就是一台变频器带一台风机电机。为了增加运行的可靠性和安全性，又增设了工频旁路回路。具体的设计方案如图1所示：
图1：一次主回路接线图
图2：高压变频调速系统结构图
QF为用户的真空断路器，QS1、QS2、QS3为3台高压隔离刀闸。在QS1和QS2之间是高压变频器，QS3为旁路刀闸。当电机需变频运行时，应首先将QS3拉开，然后合QS1和QS2刀闸，最后再合真空断路器QF使变频器得电并启动变频器以驱动电机。当电机需工频运行时，应将QS1和QS2刀闸拉开，将QS3旁路刀闸合入，最后合真空断路器QF以直接驱动电机工频运行。此运行方式为变频器故障或检修等特殊情况下用工频来保证设备运行的备用工作方式。
上述方案为手动旁路的典型方案，要求QS2和QS3不能同时闭合，并在机械上实现安全互锁。
为了实现对故障变频器的保护，变频器故障状态下发出跳闸指令，对现场的高压真空断路器QF进行连锁跳闸，以使变频器断开电源。同时三把刀闸都与断路器QF电气互锁，只有在断路器分离时才能操作刀闸，保证了安全操作。
3.3 控制方案
变频器采用三种控制方案，分别是远程DCS闭环自动控制、远程DCS开环手动控制和就地手动控制。
3.4 冷却方案
变频器的工作过程是将交流电整流成直流电，再将直流逆变成交流的过程。在这一过程中，电子功率器件自身要发出一定的热量（2%），这些热量会使设备的温度不断上升，并烧损设备本身。为了使变频器正常稳定工作，就必须将变频器发出的热量及时排散掉。因此变频器冷却问题对变频器运行的稳定十分重要。经过认真的研究，我们采用了最简单、最有效、最稳定的冷却方案——自然风冷方案。就是在变频器顶部安装一个总风道，用这个风道将变频器自身顶部的冷却风机从室内吸入的自然空气所带的变频器内部热量不断地排放到室外。这种方案只做一个风道，不增加任何转动设备，因此简单可靠，故障因素少。经过在40℃室温条件下做满载散热能力试验，结果变频器的温度最高到68℃，与设计的最高温升140度相比，结果是非常理想的。
4.技术可行性论证
4.1变频器节能原理
风机节电原理
空气流量∝风机速度
空气流量与风机速度成正比例
电动机转速的表达方式：
N=n0（1-s）=60f（1-s）/p
可见，如果要调节电机转速，可从下面三个参数入手：
1、改变定子绕组的极对数p
2、改变供电电源的频率f
3、改变电动机的转差率s
电机的极对数p和转差率s一旦确定，就不能连续调整，由此可见，电动机的转速可以通过调节电源频率来达到。
变频器器调节电源频率—调节电机转速—调节流量
4．2其他要求及技术风险分析
1）控制方式：可以实现远程控制/操作台控制；
2）先进性 ：系统完全能满足未来各种数据传输和在线监控及数据处理等功能；
3）可靠性：在系统本身高可靠性的前提下增设变频器旁路自动切换，手动自动切换装置，按“一拖一”方案运行。
4）适应能力：系统设计能满足未来3-5年内由于石油产量变化所引起的风量波动；
5）安全要求：系统各种电气保护功能齐全，同时满足现场防腐及其他要求；
6）环保要求：满足国内国外对电网谐波污染的通用标准。
5.经济可行性论证
5．1节能及投入产出效益计算：
1#单元-400kW+315kW，6Kv
机械种类：风机
工矿运行环境参数：
全年运行时间：24小时＊365天，负载情况如下：
风机的运行模式： 风量60%：年运行时间的100%
工矿现场电费：0.5元/度
6.改造效果预测及结论
6.1 改造后的工艺效果
4单元鼓、引风机高压变频进行改造后，将原风道中用开度大小来调整风道风量的档板开到了100%。这样大大减小了风的阻力损耗。另外完全改变了风在管道中的振动频率，由于风机的驱动电机在变频状态下工作，工作频率在不断的变化中，使风道的固有共振频率很难与工作频率一致，从而避免了共振现象的产生，解决了风道在工频状态下振动大的问题。这样风道时常被振开裂的难题被自然解决了。
6.2 改造后对电网的冲击效果
当电机通过工频直接启动时，它将会产生7-8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而采用变频后，电机实现了软启动，可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升），直到达到工作电流为止。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/f或矢量控制方式带动负载进行工作，对电网几乎没有冲击。
6.3 改造后的维护强度效果
采用变频调速后，驱动电动机基本工作在10Hz到50Hz的频率范围内，与工频50Hz相比，降低了风机的转速。另外启动时的缓慢升速过程也使整套风机机械设备的零部件、密封和轴承等的使用寿命大大延长。不用档板调风，调风档板的使用寿命大大延长，使检修维护工作量减少，更降低了检修工作强度和费用。