6kv空压机变频方案.docx
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6kv空压机变频方案
空压机变频方案
一、项目实施的内容
1.1高压变频调速装置的构成：
对应单台空压机配置一套高压变频调速装置，每套变频调速装置包括控制柜一台、模块柜一台、隔离变压器柜一台和工频/变频旁路切换柜一台，它们和电动机、空压机、及后台控制系统构成一完整调速系统。
1.2高压变频调速装置主回路方案：
1.2.1一拖一手动方案
高压变频器，配专用隔离变压器、专用系统旁路切换柜。
（系统主回路电气原理图如图1所示。
）
图1高压变频调速装置主回路（一拖一手动）方案
变频器一次回路由3个隔离刀闸QS1～QS3和原有设备组成。
10kV电源经隔离刀闸QS2到高压变频装置，变频装置输出经隔离刀闸QS3送至电动机，电动机变频运行；10kV电源还可经隔离刀闸QS1直接起动电动机，电动机工频运行。
QS1与QS3装置电气闭锁，旁路柜系统满足“五防”联锁要求。
高压开关QF11与电动机为原有设备。
1.3系统控制
变频装置具有与现场分散控制系统DCS的通讯接口，变频装置根据DCS控制指令，控制电动机的启动、停止，控制电动机的转速；变频装置通过通讯接口向DCS反馈变频装置的主要状态信号和故障报警信号。
在正常工作情况下，由操作人员根据工艺需要，通过后台DCS控制系统调节电动机的转速控制压力。
同时，变频器柜配置有控制操作装置，可以在变频器现场对运行情况进行监控，控制变频器启停。
现有DCS系统需增加空压机变频器的控制功能，相应需增加部分信号隔离、传送、转换、控制方面的器件，并对DCS系统程序做相应的修改以及增加部分程序。
1.4变频调速装置与DCS之间必要的通讯信号：
1.4.1用户（DCS）---变频器
序号
名称
逻辑要求
接口类型
用途
1
运行
DCS控制
脉冲信号
干节点：
常开
DCS启动变频器，按照设定加速曲线升频到设定频率
2
停机
DCS控制
脉冲信号
干节点：
常开
DCS停止变频器，按设定曲线降频到0Hz
3
复位
DCS控制
脉冲信号
干节点：
常开
DCS复位主板故障记录
4
模拟给定
AI1
4～20mA
（0.2级）
模拟量
DCS控制变频器频率
1.4.2变频器--用户（DCS）
序号
名称
逻辑要求
接口类型
用途
1
工频方式
合：
允许工频方式运行
开：
无
干节点：
常开
向DCS标识系统允许工频方式运行
2
变频方式
合：
允许变频方式运行
开：
无
干节点：
常开
向DCS标识系统允许变频方式运行
3
远方/就地
合：
变频器处于远方控制状态
开：
变频器处于就地控制状态
干节点：
常开
向DCS标识变频器的控制方式
4
变频器运行
合：
变频器处于运行状态
开：
变频器处于停机状态
干节点：
常开
标识变频器的状态
5
请求运行
合：
允许运行变频器
开：
不允许运行变频器
干节点：
常开
允许运行变频器
6
请求合高压
合：
允许合高压开关
开：
不允许合高压开关
干节点：
常开
允许DCS合高压
7
轻故障
合：
变频器处于轻故障状态
开：
无轻故障
干节点：
常开
向DCS标识变频器的故障状态
8
重故障
（紧急停机）
合：
变频器处于重故障状态
开：
无重故障
干节点：
常开
向DCS标识变频器的故障状态
9
请求断高压
合：
请求断高压开关
开：
无断高压开关请求
干节点：
常开
请求DCS分断高压
10
变频器运行频率
4～20mA
模拟量
变频器运行频率模拟输出
11
电机电流
4～20mA
模拟量
电机电流模拟输出
1.4.3变频器--进线开关
序号
名称
逻辑要求
接口类型
用途
1
紧急分断
进线开关
合：
断高压开关
开：
无断高压开关请求
干节点：
常开
紧急分断进线开关
1.4.4进线开关--变频器
序号
名称
逻辑要求
接口类型
用途
1
高压开关
位置
合：
开关已合
开：
开关断开
干节点：
常开
高压开关合、断信号
1.5应用变频调速装置的基本要求
1）控制电源要求：
两段AC2203kVA，变频器内部自带双电源切换功能，变频器内部另配置一个能维持控制系统工作30分钟的UPS;
2）接地电阻要求：
在变频室内需设计2个独立的接地极。
一个接地极为电气安全保护地；另一个接地极为变频控制系统用保护地。
接地电阻要求小于4欧姆。
3）变频器安装条件要求：
由于现场粉尘比较严重，还考虑到变频器本身的发热量，所以建议变频器安装在独立的房间内，并采用单冷空调进行通风换热。
空调容量的选择根据变频器的发热量来选择。
4）变频室照明、空调用电源要求：
在变频室的电气设计上，要求设计两路独立的AC380V电源系统（相互备用）供照明、空调用。
5）为了提高系统的可靠性，高压变频器与DCS的信号连接采用点对点的硬接线连接，所有信号线均采用屏蔽线，单根线截面面积应≥1.0mm2，铜质导线；
6）高压变频器与DCS的模拟量信号统一采用4～20mA隔离信号（信号发送、接收均在两端设备内加隔离）；
7）高压变频器与DCS的数字量信号统一采用继电器干接点信号，接点容量为3A/250V;
二、变频技术参数
变频器技术参数表
规范
单位
参数
备注
1
型式及型号
套
1600kVA
1120kw空压机
950kVA
750kw空压机
2
供货商及产地
3
安装地点
室内
4
技术方案
单元串联多电平
5
对电动机要求
普通异步电动机、绝缘良好
6
是否需要输出滤波器
不需要
7
变频器输入侧有无熔断器
位于单元输入侧
8
额定输入电压/允许变化范围
kV
6±10%
9
系统输入电压
kV
6
10
系统输出电压
kV
0～6
11
系统输出电流
A
0～150
1120kw空压机
0～90
750kw空压机
12
逆变侧最高输出电压
kV
6
13
额定容量
kVA
1600
1#空压机
950
2、3#空压机
14
额定输入频率/允许变化范围
50±10%
15
对电网电压波动的敏感性
+10%~-30%
16
变频器效率
98%（额定输出时）
17
整流脉冲数
36
18
串联级数
6
19
谐波
输入电流<2%，输出电流<2%
20
可靠性指标（平均无故障工作时间）
H
大于20000
21
输入侧功率因数
0.96（20%以上负载）
22
控制方式
VVVF
23
控制电源
220VAC±10%2路
容量3kVA
24
UPS型式、参数及容量
提供后备式UPS（1000kVA）
断电保持时间30分钟
25
整流形式及元件参数
不可控整流方式
26
逆变形式及元件参数
IGBT逆变方式
27
传动象限
一、三象限
28
电隔离部分是否采用光纤电缆
是
29
噪声等级
80dB以下
30
冷却方式
强制风冷
31
冷却系统故障对变频器的影响
视温升情况，报警或停机
32
过载能力
120%1min，150%立即保护
33
变压器损耗（按不同标号分别填写）
KW
变频容量*2%
34
系统总损耗（按不同标号分别填写）
KW
变频容量*4%
35
标准控制连接方式
硬接线方式/通讯电缆
36
进线方式
上、下进线均可
37
模拟量信号（输入）规格及数量
满足需方要求：
2路，4～20mA
可扩展
38
模拟量信号（输出）规格及数量
满足需方要求：
4路，4～20mA
可扩展
39
开关量信号（输入）规格及数量
继电器干式接点,24点
可扩展
40
开关量信号（输出）规格及数量
继电器干式接点,16点
可扩展
41
防护等级
IP31
42
操作键盘
触摸屏6寸
43
界面语言
中文
44
盘前维护或盘后维护
盘前、盘后
45
是否需要输出滤波器
不需要
46
是否提供输出滤波器
不提供
47
电隔离部分是否采用光纤电缆
是
48
柜体外壳表面防腐处理方式
喷塑
49
变频装置外形尺寸（L×W×H）
mm
5727×1258×2674
最大一台
50
变频装置重量
kg
6000
最大一台
51
柜体颜色
RAL7032（驼灰色）
52
使用标准
GB12668
三、变频器的基本性能
1）变频器为高－高结构，6kV直接输出，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM方式；
2）进线变压器采用干式变压器，按H级绝缘等级设计，配金属外壳、冷却风机，具有就地和远方超温报警和相应的控制功能；进线变压器能承受系统过电压和变频装置产生的共模电压以及谐波的影响。
3）进线变压器允许过负荷能力符合IEC干式变压器过负荷导则及相应国标要求。
4）进线变压器安装在户内，并与高压变频装置布置在一起。
供方负责进线变压器同高压变频装置之间的连接。
5）进线变压器在出厂前进行出厂试验。
试验内容和方法满足相应的国际标准和国家标准，所有试验提供试验报告。
6）进线变压器在各分接头位置时，能承受线端突发短路的动、热稳定而不产生任何损伤、变形及紧固件松动。
7）系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。
整套系统在出厂前进行整体测试；
8）36脉冲输入符合并优于IEEE519～1992及GB/T14549～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；
9）在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.96的功率因数，并且电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；
10）无需加装输出滤波器变频器就可输出正弦波形的电流和电压，因此对电机没有特殊的要求，可以使用原普通异步电机，电机也不必降额使用。
具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行；
11）变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。
变频器有共振点频率跳跃功能；
12）变频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt的影响；
13）变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试；
14）变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在+10%～-10%范围内变频器能满载工作，可以承受35%的电网电压下降而降额80%继续运行，电网瞬时失电5个周期可满载运行不跳闸；
15）变频器效率（包括变压器）>96%；
16）控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题；
17）具有就地监控方式和远方监控方式。
在就地、远方监控方式下，通过变频器上的触摸屏显示，可进行就地人工启动、停止变频器，可以调整转速、频率；控制窗口采用中文操作界面，功能设定、参数设定等均采用中文；
18）变频器高压主回路与控制器之间为光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好；
19）控制系统具有在线检测变频器输入电流、输出电流、频率等；
20）输出频率分辨率：
0.01Hz；
21）过载能力为120%1min，150%立即保护（<10μs），满足空压机类负荷要求；
22）转矩特性：
0～50Hz恒转矩特性，额定转矩输出，转矩阶跃响应＜200ms。
50Hz以上恒功率特性，最大转矩与转速成反比下降；
23）变频调速系统运行噪声<80Db；
24）调速范围：
0-100%连续可调；
25）加/减速时间0.1-3000秒，可按工艺要求设定，常规工程180～300秒；
26）输出频率0-50Hz（根据电机情况可设定）；
27）变频器抗地震能力为8级，振动0.5G；
28）临界速度可跳过（共3组，可任意设定）；
29）安装、设定、调试简便；
30）功率电路模块化设计，维护简单；
31）完整的故障监测电路、精确的故障报警保护；
32）自带冷却风机，风机电源与控制电源分开取电，电源取自输入侧变压器；冷却风机故障由柜体风道风压参数反映并报警。
33）内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；
34）可灵活选择现场控制/远程控制；
35）完整的通用变频器参数设定功能；
36）自备UPS，可维持30分钟；
37）I/O类型
a）模拟量输入：
2路4～20mA；
b）模拟量输出：
4路4～20mA；
c）开关量输入：
24路，可按用户工艺要求扩展的无源节点；
d）开关量输出：
16路，可按用户工艺要求扩展的无源节点。
四、项目预期的经济、社会、环境效益分析
1、空压机变频调速节能分析
空压机变频改造后节能估算
设备运行的基本情况是：
改造前，空压机运行在加载和卸载两种方式下，消耗电能：
Q1=
UNI11cosφ11t11+
UNI12cosφ12t12
其中UN为额定电压6kV，I11、cosφ11、t11为加载时电流、功率因数和运行时间，I12、cosφ12、t12为卸载时电流、功率因数和运行时间.
改造后空压机一直运行在加载状态，消耗电能：
Q2=
UNI21cosφ21t2
I21、cosφ21、t2为变频改造后运行时电流、功率因数和时间。
节省电能：
△Q=Q1-Q2,由于
UNI11cosφ11t11≈
UNI21cosφ21t2
故节电量为：
△Q=
UNI12cosφ12t12
1）1120kw空压机节能计算：
△P=
UNI12cosφ12=1.732*6*35*0.8（估计）=291kw
即每小时节电291度
由以上计算，我们可以较精确的得出给每台空压机经变频改造后年节约电量为：
W=291*20*300*（45000-35000）/45000=388000（度）
以上网电价0.86元/度计算费用节约值，每年每台可节约33.37万元。
2）750kw空压机节能计算：
△P=
UNI12cosφ12=1.732*6*25*0.8（估计）=207.84kw
即每小时节电207.84度
由以上计算，我们可以较精确的得出给每台空压机经变频改造后年节约电量为：
W=207.84*20*300*（45000-35000）/45000=277120（度）
以上网电价0.86元/度计算费用节约值，每年每台可节约23.83万元。
2、社会效益和环境效益：
随着现代工业的飞速发展及市场竞争的日益加剧，加上能源供应紧张和能源价格不断攀升，企业采用新技术实现节能降耗、降低生产成本、提高市场竞争力，已是大势所趋。
该项目改造完毕后，可以实现生产成本的降低，并且可降低生产设备的故障率，延长设备的使用寿命，产生较大的经济效益和社会、环境效益，提高企业的综合竞争力和发展后劲。
该项目的成功实施，对空压机类设备的节能改造具有示范意义，有非常好的推广价值。
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