高压电机变频改造可行性研究报告.docx
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高压电机变频改造可行性研究报告
0企业简介
一、项目名称及承办单位
二、拟建地点
三、项目概况
四、改造费用及效益分析：
五、资金筹措
六、项目前期工作情况及其配套条件
七、变频调速改造实施方案
八、企业能源管理情况
九、企业节能量计算
十、结论
高压电机变频改造项目可行性报告
山西柳林电力有限责任公司
高压电机变频改造项目可行性研究报告
0.企业简介
山西柳林电力有限责任公司位于吕梁市柳林县穆村镇安沟村，是山西省政府引进亚行贷款并配套内资兴建的火电企业。
总规划容量1400MW，一期工程建设规模为2×100MW，占3万元人民，总投资65068m116509地面积1011亩，建筑面积年月开工建设，两台机组分别于1995币。
公司于1993年12人。
863年7月投产发电，现有职工12月和1996投产十二年来，柳林电力有限责任公司不断跃上新台阶。
年跨入一流火电企业2002年被命名为“省级文明单位”，2001国际标准质量管理体系认证，ISO900111月通过行列，2003年。
在电力体系深化改革2004年被命名为省级“文明单位标兵”建立柳林电力有限责任公司开拓创新、于时俱进，的征程中，全面提升了市场竞争能了一套富有柳电特色的现代管理模式，力，成为吕梁山上的一颗明珠。
经济指标安全生产局面良好，目前，两台机组运行稳定，2323天。
优良，截止2009年底，连续安全生产达通过不断的发展近几年在企业得到良好经济效益的同时，完善，采用先进、经济、行之有效的新技术装备，降低能耗，也拉动了吕梁地区电力工减少污染，提高了企业的经济效益，业的快速发展，产生了极好的经济效益和社会效益。
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高压电机变频改造项目可行性报告
一．项目名称及承办单位：
山西柳林电力有限责任公司
二．拟建地点：
山西柳林电力有限责任公司机房内
三．项目概况
1.高压电机变频改造必要性简述
现我公司高压电机均为普通三相笼形异步电动机，由于很多情况不能满负荷运行，耗能大，故障多，就此问题，我公司曾进行过许多探讨，如针对送风机设计功率偏大，低负荷单送风机运行，但由此造成电机频繁故障，鼠笼条断裂。
循环泵实行两机三泵的运行方式等，但还是存在设备运行操作繁琐，设备故障多，耗能大等问题，故迫切需要进行技术改造。
高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如：
降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。
变频调速以其显著的节能效益，高精确的调速精度，宽范围的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。
现阶段，大功率电机变频技术已成熟，许多电厂已经实施，如相同类型的华能榆社电厂已经对引风机、给水泵电机进行了变频改造，改造后的厂用电率就比我公司低0.5%左右。
2、项目实施前用能情况
3
高压电机变频改造项目可行性报告
2009年我公司供电煤耗为396g/kwh，厂用电率为10.53%，发电用标煤量399997吨，厂用电量为11888.59万千瓦时。
3、项目主要建设内容
2005年和2006年起我公司分别对两台送风机和两台排粉机的电机进行了高压变频改造，计划于2010年始，直到2011年底，再对下列设备进行高压变频改造。
3.1循环泵电机：
（四台）
型号：
YL630—12/1430
额定电流：
75.4A
额定电压：
6000V
额定转速：
990rpm
额定功率：
630KW
3.3.送风机电机：
（两台）
型号：
YKK560—6
额定电流：
104.8A
额定电压：
6000V
额定转速：
993rpm
额定功率：
900KW
频率：
50HZ
绝缘等级：
F
4.建设起止年度：
2010年起，直到2011年止
5.原理、技术方案及特点
5.1高压变频系统原理
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目前，国内高压变频调速系统多采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串并联而成，由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，其基本工作原理如下：
1）电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交PWM电压源型逆变结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。
例如，6kV电压等级的高压变频调速系统，每相由多个功率单元串联而成，输出相电压最高可达3500V，线电压达6kV左右，每个功率单元承受全部的电机电流，但只提供较小的相电压和输出功率。
2）每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。
给功率单元供电的二次绕组每3个一组，分为7个不同的相位组，互差60/7度电角度，形成42脉冲的整流电路结构。
输入电流波形接近正弦波，总的谐波电流失真小于1%，输入的综5
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合功率因数可达0.95以上。
3）逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基波电压，但串联各单元的载波之间互相错开一定的电角度，实现多电平PWM，输出电压非常接近正弦波，输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，功率单元采用较低的开关频率，以降低开关损耗，提高效率，由于采用移相式PWM，电机电压的等效开关频率大大提高，且输出电平数增加。
以6kv输出电压等级的高压变频调速系统为例，输出相电压均为11电平，线电压均为21电平，输出等效开关频率为9kHz，电平数和等效开关频率的增加有利于改善输出波形，降低输出谐波，由谐波引起的电机发热、噪音和转矩脉动都大大降低，因此对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机。
常规6000V高压变频调速系统的基本结构见图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。
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高压变频调速系统
用户侧
DI/DO（DCS/RS485/Profibus/以太网等）
量拟模
高压开整流变异步电功率模控制工业控可编程输出电输出电光工系统结构图（a）高压变频调速系统结构图图1
高压电机进行变频改造的特点：
5.2对高压电机进行变频改造，改造后高压变频系统具有如下特点：
也可以直接投工频电机变频系统，既可以变频调速运行，运行；控制电源掉电时，由于变频器220V为变频器提供的交流UPS的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以用和直流供电继续运行，不会停机；速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同在现场DCS时，可按原转速继续运转，维持机组的工况不变；变频器可将故在局部故障时，变频器配置单元旁路功能，7
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障单元旁路，降额继续运行，减少突然停机造成的损失。
保留原电机继续使用；不改变原有电机设备任何基础；和电厂的DCS系统实现无缝连接。
6.高压电机变频改造的优越性分析
6.1变频器的应用，节能效果十分明显，节能达20——30%左右，大约3.5至4.5年可以收回改造投资费用。
6.2采用变频调速系统后，特别采用自动闭环系统后，很好地保持流量（压力）的恒定，对系统经济优化运行提供了可靠保证。
6.3电动机启动对电网没有冲击，系统综合效率高达98%，功率因数高达95%以上。
6.4使设备长期处于低速运转状态，设备噪声随之降低，电机、管网、阀门等延长了使用寿命，维修量下降，节约维修费用和维修时间。
四、改造费用及效益分析：
1改造费用情况
本次改造：
送风机电机变频费用为280万元，循环泵电机变频费用为420万元，合计为700万元。
其中企业自筹500万元，省筹补助200万元。
2经济效益分析（以原两台送风机改造后实际测试为例）
2.1原送风机改造后节能效果测试值
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单位小时内各段负荷同工况（出口风压相同、制粉系统运行方式相同）下#1、2送风机总耗电的比较：
#1炉制粉系送出口风氧工频电变频电耗电比
Kwh%KPaKwhMWKwh
1625/52.7/2.8单套运70882720
2164.8/5单套运行972803.1/3.1756
2168103.08/3.06单套运行9010265/5
270
1098
3.5/3.5
828
单套运行100
4.7/4.3
#2炉
负荷制粉系统送出口风压氧量工频电耗变频电耗耗电比较
KwhKw.h%Kw.hKPaMW套
2295/5954单套运行3.0/3.070725
236单套运行3.0/3.17469824.3/580
2525/5单套运行7743.16/3.18102690
252
5/4.6
单套运行1062
3.2/3.2
810
100
注：
工频电耗是指送电机在电压6KV频率在50Hz状态下负荷稳定运行1小时的实际耗电量。
2.2原典型工况连续运行三天送风机节能效果计算单位：
万Kwh
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节能KwKwh#节能节能项发电#
1.9980.0021533.15535.04#1.152机129.18
1.908
0.002239
518.961.162
#134.34
机3.07
原送风机改造后节能效果测试值分析结论：
2.3炉每小时节约电量#1概算按各个负荷段的平均数计算，，全天双机运行共242.25kwh#2炉每小时节约电量216kwh，，日亿KWh121.0998万kwh；按年发电量完成可以节约电量天（相当于全年运行，全年双机运行300完成电量400万kwh小时）计算，两台送风机全部技改后，全年可节约电量7200计算，一年可节约/kwh，按当时电价kwh0.35元329.94万万元。
115.47送风机连续运行三天节能效果分析结论：
2.4，kwh263.52万安装两台送风机变频后，全年可节约电量92.23万元。
0.35元/kwh计算，一年可节约按现电价故从送风机电机变频改造后上述两结论从数据上看基本当时变频改造总投资约２５６说明以上数据真实可信．相近，万，预计不到三年便可收回投资，效益巨大。
其它效益分析：
3.变频改造后，还有以下功效：
很好地特别采用自动闭环系统后，3.1采用变频调速系统后，对系统经济优化运行提供了可靠保（压力）的恒定，保持流量证。
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3.2电动机启动对电网没有冲击，系统综合效率高达98%，功率因数高达95%以上。
3.3使设备长期处于低速运转状态，设备噪声随之降低，电机、管网、阀门等延长了使用寿命，维修量下降，节约维修费用和维修时间。
3.4实现风门（阀门）全开，不再调整风门（阀门），运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。
3.5功率因数提高。
从电网角度看，工频运行时功率因数为０.８５左右,变频运行时功率因数达到０.9５。
因此,即使同样是满负荷运行,变频运行时,高压输入电流明显比工频运行时小,这有利于节能和设备安全运行。
3.6对于高压电机采用变频和旁路工频双套运行方式，当变频器故障时，可投旁路，电机定速运行，不影响设备运行，保证了机组的安全运行。
4.变频改造效益小结及建议
因此，将交流变频调节装置应用于高压电机，不仅节能，而且大大改善了控制特性和运行特性，取得了显著的社会效益和经济效益，使设备的运行方式更趋合理，设备自动化程度、控制水平进一步提高。
虽然交流变频调节使一次性投资增加，但它所带来的回报是巨大的、长期的，建议大力推广使用。
五、资金筹措:
本次改造：
送风机电机为280万元，循环泵电机为42011
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万元，合计为700万元，其中企业自筹资金为500万元，申请政府基金为200万元。
六、项目前期工作情况及其配套条件：
本项目为采用变频技术大幅度降低电机系列节流损失，节能效果明显的项目，本系统安装简便，前期工作准备就绪的话，利用停机时间有十五天左右即可完成，改造总费用为700万元。
公司计划2010年完成设备的考察和招标，2011年利用机组的检修来进行设备的安装和调试。
七、变频调速改造实施方案（以锅炉送风机为例）
1、锅炉送风机的运行工况及特点：
根据目前设备配置和运行状况，锅炉送风机和排粉风机风量随机组负荷变动，当需要调节风量时，由于风机的型号在早期已经选定，故只能通过调节入口档板开度来解决风量问题，其出口压力也大大高于需求压力，造成极大浪费，同时由于挡板的响应速度，及与风量的非线性关系，使得同机组DCS系统配合不利，自动化水平大大降低，有鉴于此，将每台炉的两台锅炉送风机和排粉风机改为变频驱动。
风量由DCS或手动给定4-20mA信号调节。
2、高压变频调速系统基本构成
2.1高压变频器1台（适配6kv电机）
2.2系统旁路开关柜（适配6kv电机）1台
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1#、2#机组再各配置循环泵变频装置两台，送风机变频装置各一台采用“一拖一”变频控制，共6套引风机变频系统。
变频控制系统见图2
3.高压变频调速系统特点
电机调速是由电厂操作人员通过DCS系统的CRT上的模拟操作器，参照烟气温度、锅炉蒸气温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4-20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电动机的转速，实现的风机转速控制，从而达到调节的目的。
在此基础上，经过一段时间的积累，可将不同负荷和温度下的给定值绘制成曲线，定出安全的上下限，制成电机调速专用算法，同时利用热工一次测量元件，将采集的负荷和温度参数及负压的变化值送到机组DCS系统中，在机组DCS系统中，进行控制运算，将计算结果形成4-20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电动机的转速，实现风机的转速自动控制。
电机变频系统具有如下特点：
电机变频系统，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行；
为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以用UPS和直流供电继续运行，不会停机；
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在现场DCS速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运转，维持机组的工况不变；
变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少突然停机造成的损失。
保留原电机继续使用；不改变原有电机设备任何基础；和电厂的DCS系统实现无缝连接。
6.6kv电源母线变频器内置PLCQF14-20mA（来自DCS）模拟量反馈输出至DCSQS1变频器内置PLC机组DCS控制系统
QS36.6
QS2
M1离心风机4-20mA（来自DCS）模拟量反馈输出至DCSM2离心风机
QF2QS4
kv电源母线
QS6
QS5
图2风机变频控制系统图
4、锅炉送风机高压变频改造基本功能要求
4.1主拖动电机实现软起动（起动电流从零到额定值平滑过渡、无冲击）和软制动。
4.2实现智能调速，系统调频范围0～50Hz。
4.3调速工段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成，DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关14
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量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。
4.4系统设有就地和远方两种控制途径，就地控制是在变频器处通过变频器触摸屏进行操作或应急处理；远方控制是在控制室内进行，分为两种工作方式：
一种为远方手动方式，在这种工作方式下，操作员通过DCS系统的CRT手动给定信号，调节变频器，改变电机转速，达到调节风量的目的；一种方式为远方自动方式，在这种工作方式下，转速给定是在DCS系统中根据工况运用相关算法进行运算，得出相应风量，转换成对应频率值，输出给变频器，调节电机的速度，使系统参数跟随给定值变化，从而达到自动调节风量的目的。
4.5信息传递：
变频器可以实现同机组DCS系统的双向信息传递，可完成自诊断、报警和接收指令的功能。
变频器可提供给DCS系统如下参量：
输出频率、给定频率、输入电流、输出电流、输入电压、输出电压、闭环给定值、实际反馈值。
可任选两种，通过4～20mA电流源模拟量输出，提供的开关量有：
变频器报警及故障信息、状态信息、高压开关控制信号（高压合闸允许、高压开关紧急分断）等。
变频器接收的DCS的模拟量信号为远控转速给定、闭环控制转速实际值、DCS异常信号，开关量为远方启停、高压就绪信号等。
4.6完备的保护功能：
变频器内保护配置齐全，有运行中开门、冷却风扇停运、变频器过热、输入电压过低、负载超速、功率单元异常、接地等各种类型保护，并完全具备对自身及电机的15
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保护功能。
4.7安全运行保障：
a.机组运行过程中，由于各种原因发生厂用电切换，会造成控制电源消失，为避免因此使变频器停电，在变频器内部配备UPS和直流供电。
b.当变频器出现单元故障，变频器可将故障单元整组旁路，并降额运行，避免不必要的停机。
c.当变频器整体故障或控制电源消失或按下紧急停机按钮时，高压变频器高压开关跳闸，切断电源，同时参与联锁。
4.8系统的变频电机实现变频供电和电网供电相互切换运行，可手动切换，当变频器发生异常后，电机仍需要运行，这时可将电机切换到工频电网起动。
4.9变频电机具有互锁功能，确保同一电机不出现变频、工频同时驱动，具有完善的保护、报警功能（包括信号检测系统在内）。
5、锅炉送风机高压变频改造的控制接口要求
5.1变频器控制接口
4路4～20mA或0～10V模拟量输入；
2路4～20mA模拟量输出或0～10V用以输出电机电压、转速、电流和频率等指示信号（可程序修改）；
24点开关量无源输入：
远程起动/停止，近程起动/停止，急停，软启动，复位等；
16点开关量无源输出：
变频器就绪，运行，故障等；
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5.2PLC接点如下
输入通道
输出通道
DI:
0.0
远程启动指令
用户可定义
DO:
0.0
远程启动指令
内部已定义
DI:
0.1
远程停机指令
用户可定义
DO:
0.1
远程紧急停机指令
内部已定义
DI:
0.2
远程紧急停机指令
用户可定义
DO:
0.2
变频器软启动
内部已定义
DI:
0.3
远程软启动指令
用户可定义
DO:
0.3
远程停机指令
内部已定义
DI:
0.4
远程/近程控制选择
内部已定义
DO:
0.4
系统复位
内部已定义
DI:
0.5
报警解除
内部已定义
DO:
0.5
工控机复位
内部已定义
DI:
0.6
系统复位
内部已定义
DO:
0.6
故障报警
用户可定义
DI:
0.7
紧急停机
内部已定义
DO:
0.7
备用
用户可定义
DI:
1.0
控制器就绪
内部已定义
DO:
1.0
高压合闸允许
用户可定义
DI:
1.1
速度达到给定
内部已定义
DO:
1.1
高压紧急分断
用户可定义
DI:
1.2
模块旁路故障
内部已定义
DO:
1.2
工频运行指示
用户可定义
DI:
1.3
模块重故障跳闸
内部已定义
DO:
1.3
备用
用户可定义
DI:
1.4
备用
用户定义
DO:
1.4
正常运行指示
用户可定义
DI:
1.5
高压就绪
内部已定义
DO:
1.5
备用
用户可定义
DI:
1.6
变压器超温报警
内部已定义
DO:
1.6
变压器超温报警
用户可定义
DI:
1.7
变压器过热跳闸
内部已定义
DO:
1.7
变压器过热报警
用户可定义
DI:
2.0
柜门连锁报警
内部已定义
17
高压电机变频改造项目可行性报告
5.3变频调速装置与DCS的接口：
变频调速装置可以提供的数字量输出
（1）报警及故障信息：
变压器超温、单元柜风机故障、控制电源掉电、控制器故障、单元故障、模拟信号断线。
（2）调速装置的状态信息：
待机状态、正常运行状态、单元旁路运行状态、故障状态、系统旁路状态
（3）高压开关控制信号：
高压合闸允许、高压开关紧急分断
其中“高压开关紧急分断”直接提供给现场高压开关，直接实现跳闸保护，该节点特殊要求DC220V/3A的容量。
以上所有数字量采用无源节点输出，定义为节点闭合时有效。
除特别注明外，节点容量均为AC220V/3A。
变频调速装置可以提供的模拟量输出
调速装置可以提供2路4～20mA的电流
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