高壓變頻節能技術培訓教程 培訓內容一 國家 十一五 節能目標二 高壓變頻器的基本知識三 高壓變頻技術與應用四 合同能源管理模式 一 指導思想 以科學發展觀為指導 落實節約資源基本國策 圍繞實現 十一五 GDP能耗降低20 左右的目標 以提高能源利用效率為核心 以企業為實施主體 大力調整和優化結構 加快推進節能技術進步 建立嚴格的管理制度和有效的激勵機制 加大政府資金的引導力度 充分發揮市場配置資源的基礎性作用 調動市場主體節約能源資源的自覺性 盡快形成穩定可靠的節能能力 為實現國家節能目標奠定堅實的基礎 二 實施原則 1 堅持企業為主實施與政府引導推動相結合 2 堅持節能與結構調整 技術進步與環境保護相結合 3 堅持發揮市場機制作用與政府宏觀調控相結合 4 堅持依法強化管理與政策激勵相結合 5 堅持突出重點 示范帶動與統籌兼顧 分類指導相結合 6 堅持整體推進與分年度有效實施相結合 貫徹落實國務院決定精神確保實現 十一五 節能目標 一 國家 十一五 節能目標 三 電機系統節能工程 1 現狀和問題 電動機及被拖動設備效率低 電動機 風機 泵等設備陳舊落后 效率比國外先進水平低2 5個百分點 系統匹配不合理 大馬拉小車 現象嚴重 設備長期低負荷運行 系統調節方式落后 大部分風機 泵類采用機械節流方式調節 效率比調速方式約低30 全國現有各類電機系統總裝機容量約4 2億千瓦 運行效率比國外先進水平低10 20個百分點 相當于每年浪費電能約1500億千瓦時 2 如何實施 更新淘汰低效電動機及高耗電設備 推廣高效節能電動機 稀土永磁電動機 高效風機 泵 壓縮機 高效傳動系統等 一 國家 十一五 節能目標 提高電機系統效率 推廣變頻調速 永磁調速等先進電機調速技術 改善風機 泵類電機系統調節方式 逐步淘汰閘板 閥門等機械節流調節方式 重點對大中型變工況電機系統進行調速改造 合理匹配電機系統 消除 大馬拉小車 現象 被拖動裝置控制和設備改造 以先進的電力電子技術傳動方式改造傳統的機械傳動方式 逐步采用交流高調速取代直流調速 優化電機系統的運行和控制 推廣軟啟動裝置 無功補償裝置 計算機自動控制系統等 通過過程控制合理配置能量 實現系統經濟運行 重點改造領域 電力 用變頻 永磁調速及計算機控制改造風機 水泵系統 重點是火力發電機組 冶金 鼓風機 除塵風機 冷卻水泵 加熱爐風機 鑄造除鱗水泵等設備的變頻 永磁調速 有色 除塵系統自動化控制及風機調速 一 國家 十一五 節能目標 通用變頻器 國際上更習慣于將1KV以下的低壓變頻器稱作通用變頻器 低壓變頻器 高壓變頻器 我國將3KV以上所有的變頻器稱為高壓變頻器中壓變頻器 國際上1 10KV的變頻器稱為中壓變頻器 二 高壓變頻器的基本常識 1 認識變頻器 2 變頻器的分類 1 按電壓等級和用途可分為通用變頻器和高壓變頻器 2 按中間環節有無直流可分為交交變頻器和交直交變頻器 3 按直流電源的性質可分為電流型變頻器和電壓型變頻器 4 按有無中間低壓回路可分為高高變頻器 高低高變頻器 5 按輸出電平數可分為兩電平 三電平 多電平等變頻器 6 按串聯方式可分為功率器件串聯多重疊和功率單元串聯多重疊加 H橋型 變頻器 二 高壓變頻器的基本常識 高壓變頻器的特點可以歸結為 電壓高 功率大 可靠性要求高和技術復雜等 下面分別說明之 a 電壓高 3kv 6kv 10kvb 功率大 400KVA 10000KVAc 技術復雜 交 交型 交 直 交型 電流型 電壓型 二電平 三電平 多電平等 d 可靠性要求高 a 對大功率電力電子器件的容量和可靠性要求高 B 對變頻器運行場合可靠性要求高 3 高壓變頻器的特點 二 高壓變頻器的基本常識 4 高壓變頻器的可靠性高壓變頻器幾乎都是工礦企業的關鍵設備 對其可靠性的高要求是不言而喻的 因此 可靠性的保證是高壓變頻器得到承認和推廣應用的關鍵 可靠性的含義包括兩個相互聯系的概念 部件和整機的可靠性 用平均無故障時間2萬小時 設備故障后的可維修性 維修時間高壓變頻器的可靠性源于每個部件可靠性的最優化 其中主要包括功率單元 控制單元和冷卻系統三部分 二 高壓變頻器的基本常識 變頻器 電動機 負載 風機 水泵 壓縮機 升降機 隔離開關 旁路開關 隔離開關 5 高壓變頻器驅動高壓電動機的原理與作用 3KV6KV10KV 1 原理 二 高壓變頻器的基本常識 2 作用 A 節能增效 驅動風機或水泵 可調節風量或水流量 取代老式的依靠擋板或閥門改變流量的方式 達到節能的效果 一般說來 使用交流變頻調速 由于消除了閥門 或檔板 的能量損失并使風機 水泵的工作點接近其峰值效率線 總效率可提高20 60 B 軟啟動功能 大型交流同步電動機或異步電動機以往多用直接起動或降壓起動 起動電流大 造成電網電壓降低 影響其它電氣設備的正常工作 而且電機主軸的機械沖擊大 易造成疲勞斷裂 影響機械壽命 當電網容量不夠時 甚至有可能起動失敗 如果使用高壓變頻器 就可以實現 軟 起動 電機速度從零開始起動 起動電流限制在額定值以下 一般在額定電流的1 1 5倍以內 主軸以選定的加速度平衡升速 直到指定的速度 變頻裝置的特性保證了起動和加速時足夠的力矩 消除了起動對電機的沖擊 保證電網穩定 提高了電機和機械的使用壽命 二 高壓變頻器的基本常識 C 負載工藝要求 可精確地調節速度和流量 保證工藝質量 可直接與工作機械耦合 省去減速器等中間機械環節 減少設備投資費用 可接受計算機或PLC的模擬或數字信號 進行實時控制 控制性能優越 基于上述特點 高壓變頻器特別適用于根據工藝要求 需要對速度或流量進行控制的場合 二 高壓變頻器的基本常識 其他幾種調速裝置 變極調速電磁離合器調速液力偶合器調速轉子串電阻串級調速變頻調速 二 高壓變頻器的基本常識 PowerSmart系列高壓變頻器 電壓源型 三 高壓變頻技術與應用 PowerSmart系列高壓變頻器 電壓源型 三 高壓變頻技術與應用 PowerFlex7000系列高壓變頻器 電流源型 三 高壓變頻技術與應用 PowerFlex7000系列高壓變頻器 電流源型 三 高壓變頻技術與應用 PowerEasy系列高壓軟啟動器 三 高壓變頻技術與應用 PowerSmart系列高壓變頻器的特點 全系列模塊化設計 外形美觀 結構緊湊 使得MTTF小于30分鐘 采用優化空間矢量PWM控制 輸出波形接近正弦波 諧波成份很小 運行平穩 對電機不會產生諧波影響 采用特別的空間矢量模型及正弦波比較法 使得轉矩脈沖窄 控制精度高 避免了機械共振 功率因數高 無需功率因數補償裝置 輸入諧波小 對供電系統不會產生明顯的諧波畸變 輸入輸出不受電纜長度的影響 輸出電平數達到25和37階梯波 dv dt很小 所以不會產生臭氧現象 由于dv dt很小 更不會對電機的絕緣產生現象 采用最新一代IGBT功率模塊 低壓差 損耗小 效率高 瞬時輸出電壓自動調整 即使電網存在較大的波動 輸出電壓也基本保持不變 三 高壓變頻技術與應用 PowerSmart系列變頻器特點采用雙片高速DSP控制 使得指令在納秒級完成 摒棄了工控機控方式響應速度慢 毫秒級 易出現 死機 的問題 全部的電子元器件 均采用進口名牌產品 采用先進的反擎住技術 使得IGBT更加可靠運行 選用具有內部軟恢復特性二極管的IGBT 降低了系統的EMI 調速范圍寬 可實現0 100 乃至120 的調速要求 故障的自診斷及保護功能相當完備 完整的參數化功能 對于用戶的各種應用可全面支持 采用軟啟動技術 減小了對系統和電動機的沖擊 功率單元模塊內設置通電緩沖電路 使得整流晶閘管更加可靠運行 同時減少通電瞬間電流對模塊的沖擊 采用空間矢量模型 使得轉矩脈沖窄 控制精度高 避免了機械共振 支持中心點偏移式的旁路技術 當某一個功率單元失效時 能夠立即對該單元實施旁路處理 整個變頻器的輸出仍能維持94 以上的電壓 這保證了系統的不間斷運行 三 高壓變頻技術與應用 三 高壓變頻技術與應用 PowerEasy系列高壓軟啟動器廣泛應用于石油化工 電力工業 冶金鋼鐵 城市建設等行業的各種鍋爐鼓風機 引風機 油泵 水泵 軋機等領域的高壓大功率交流電動機的啟動和停止運行 該裝置在電動機啟動時中 利用先進的可控硅移相調壓技術 調節輸出到電機的電壓和電流從而減小電動機起動過程中由于電流引起的電網波動和機械沖擊 軟啟動使電機平穩起動 功能齊全 任意可選的多種啟動功能 包括標準軟啟動 恒流軟啟動 限流軟啟動 雙電壓斜坡軟啟動 帶電突跳功能的軟啟動等 軟停車功能 避免了因急停車而造成的水錘效應 完善的功能保護 包括短路 過流 限流 過壓 欠壓 過負載 缺相 三相電流不平衡保護 過熱 CPU故障 通信故障 脈沖故障等各種故障狀態報警 及時處理保護軟啟動器及電機 同時啟動報警系統在人機界面上給出詳細的故障信息 利于操作人員維護處理 旁路功能 在完成啟動后將旁路接觸器閉合 軟啟動器切換到旁路狀態 一拖多方式 是用一臺軟啟動器同時拖動幾臺電動機起動的方式 石油行業 變頻技術與應用 化工行業 冶金行業 發電廠 水泥行業 鐵路車輛 市政行業 三 高壓變頻技術與應用 三 高壓變頻技術與應用 高壓變頻器在熱電廠熱網循環系統中的應用 綏化中盟熱電廠 綏化中盟熱電廠電綏化市目前唯一的以熱電聯產的燃煤電廠 建筑面831 4萬平方米 2006年綏化中盟熱電廠投產 可實現集中供熱640萬平方米 1 系統主回路方案變頻器控制為一拖一方案 變頻器接于電壓為10KV的主動力電源系統 用于電動機的變頻調速 為了增加運行安全性 變頻器另加一套旁路系統 2 應用九洲電氣的PowerSmart10000高壓變頻器帶來的節能效應熱網循環泵三號機組工頻運行時 電機額定電壓為10KV 額定功率1000KW 電機電流約為75A左右 在相同的運行時間內 工頻運行時 有功電耗 72000kW h 無功電耗 21921kW h 總出水量 313632m3 功率因數 0 875 平均單耗在229 5 在變頻調速正常運行后 電流約為60A 頻率在40Hz時的有功電耗 33590kW h 無功電耗 9321kW h 總出水量 235224m3 功率因數 0 96 平均單耗降至142 8 節電率在35 左右 節能降耗效果非常顯著 三 高壓變頻技術與應用 節電效果 該系統生產周期大約為1小時 出鐵時間為20分鐘 間隔約40分鐘 系統配置電機額定電流為80 8A 根據試運行情況及其它生產線的實際運行情況預計該電機運行電流應在60A 以變頻器上限運行頻率45Hz時 電流為45A 間隔時間運行頻率20Hz時 電流為20A 根據公式P 3 U I cos P工 P變 P工 節能效果顯著 達到42 7 從三個月的運行情況來看 運行穩定 可靠 簡便實用 節能效果顯著 改善了工作人員的工作環境 降低了值班人員的工作強度 并且變頻器對電機具有保護功能 減少了維修費用 延長了電機及風機的使用壽命 給我們企業帶來了比較顯著的經濟效益 變頻器在煉鐵廠高爐風機除塵中的應用 萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鐵廠 我廠的3 高爐風機除塵 采用變頻器進行調速 JD BP37 630F型高壓大功率變頻器 裝配高 高形式 對高壓除塵630KW 6000V風機進行調速 該設備于2002年8月底開始安裝調試 2002年9月初正式投入運行 運行狀況良好 節能效果明顯 三 高壓變頻技術與應用 高壓變頻技術在電弧爐除塵系統中的應用 大冶特鋼集團某煉鋼廠 電弧爐 簡稱電爐 主要是通過用廢鋼 鐵合金和部分渣料進行配料冶煉 根據不同的鋼種要求 可以接受高炭鉻鐵水和脫磷鐵水 然后熔制出碳鋼或不銹鋼鋼水供煉鑄用 通過對上表原始數據的處理 可以得出 除塵系統在變頻改造后較改造前 噸鋼除塵電耗降低了17 390kW h 設備節電率高達58 63 節能效果顯著 在電弧爐除塵系統中應用高壓變頻調速技術不僅對有效改善現場生產狀況 提高鋼產量降低噸耗有著重要的意義 而且每年可節約230萬元左右的電費開支 在電弧爐除塵系統中應用高壓變頻調速技術是完全正確的 1 什么是合同能源管理合同能源管理是一種新型的市場化節能機制 其實質就是以減少的能源費用來支付節能項目全部成本的節能業務方式 這種節能投資方式允許客戶用未來的節能收益為工廠和設備升級 以降低目前的運行成本 或者節能服務公司以承諾節能項目的節能效益 或承包整體能源費用的方式為客戶提供節能服務 能源管理合同在實施節能項目的企業 用戶 與節能服務公司之間簽訂 它有助于推動節能項目的實施 依照具體的業務方式 可以分為分享型合同能源管理業務 承諾型合同能源管理業務 能源費用托管型合同能源管理業務 四 合同能源管理 70年代中期以來 一種基于市場的 全新的節能新機制 合同能源管理 簡稱EPC 在市場經濟國家中逐步發展起來 而基于這種節能新機制運作的專業化的 節能服務公司 在國外稱ESCO 在國內簡稱EMCo 的發展十分迅速 尤其是在美國 加拿大 EMC已發展成為一新興的節能產業 2 什么是節能服務公司 EMCo 節能服務公司 EMCo EnergyManagementCompany 國外也稱ESCO EnergyServiceCompany 又稱能源管理公司 是一種基于合同能源管理機制運作的 以贏利為目的的專業化公司 EMCo與愿意進行節能改造的客戶簽訂節能服務合同 向客戶提供能源審計 可行性研究 項目設計 項目融資 設備和材料采購 工程施工 人員培訓 節能量監測 改造系統的運行 維護和管理等服務 并通過與客戶分享項目實施后產生的節能效益 或承諾節能項目的節能效益 或承包整體能源費用的方式為客戶提供節能服務 并獲得利潤 滾動發展 四 合同能源管理 四 合同能源管理 3 合同能源管理業務主要內容 1 能源審計 針對客戶的具體情況 測定客戶當前用能量和用能效率 提出節能潛力所在 并對各種可供選擇的節能措施的節能量進行預測 2 節能改造方案設計 根據能源審計的結果 對能源系統現狀提出如何利用成熟的節能技術來提高能源利用效率 降低能源成本的方案和建議 3 施工設計 在合同簽訂后 由節能服務公司組織對節能項目進行施工設計 對項目管理 工程時間 資源配置 預算 設備和材料的進出協調等進行詳細的規劃 確保工程順利實施并按期完成 4 節能項目融資 節能公司負責向客戶的節能項目投資或提供融資服務 包括自有資金 銀行商業貸款等 5 原材料和設備采購 EMCo根據項目設計的要