电力行业技术方案模版Word文件下载.docx
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测试部门生产车间
第二章行业背景分析
一、节能改造背景
据《世界经济统计年鉴》和《中国统计年鉴》公布的数据测算，我国的耗能标煤比其他发达国要高出几倍能源，造成这种结果的原因有两个：
一是我国的能源消费结构不合理，其中产业的能源消费占78.3%，而发达国家仅占30%~40%。
二是我国主要工业产品的能源单耗比世界先进水平高出30%~90%。
大量的能源消耗既造成了经济上的极大浪费，同时也因严重的环境污染而造成了极大的社会问题。
节能减排已成为摆在我国面前亟待解决的实际问题，同时也成为了政府当前的重要工作之一。
因此要解决资源战略问题，必须大力开展能源节约与资源综合利用。
根据国家有关规划，电机系统节能是国家发改委启动的十大重点节能工程之一。
国家发展规划要求，当前应推广变频调速节能技术，即风机、水泵、空压机等通用机械系统采用变频调速节能措施，工业机械采用交流电动机变频工艺调速技术。
二、变频行业介绍
以前的变频器，由可控硅整流，可控硅逆变等器件构成，缺点很多，谐波大，对电网和电机都有影响。
近年来，随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，发展起来的一些新型器件将改变这一现状，如IGBT、IGCT、SGCT等等。
由它们构成的变频器，性能优异，可以实现PWM逆变，甚至是PWM整流。
不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高，已经取代了挡板和阀门的调节方式。
其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及完善的功能，将使变频最终达到高效率的运行目的。
随着变频技术的不断成熟，变频器在各个领域得到了广泛应用。
变频器应用上的巨大节能潜力和优良的调速性能，使得它具有强劲的发展动力和广阔的市场空间。
目前，变频技术已经成为电力传动领域的热门话题之一，对于大容量风机、水泵、空压机等系统进行变频改造已成为一种趋势，它为使用大功率传动装备的企业和行业带来了很大的节能效益。
三、电力行业能耗介
据统计，我国火力发电厂中使用的一次风机、送风机、引风机、给水泵、循环水泵和灰浆泵等风机和水泵的配套电动机总容量达15000MW，年总用电量达520亿kWh。
而目前我国火电厂中多数风机和水泵基本上都采用定速驱动。
这种定速驱动的风机、水泵采用阀门调节流量，都存在严重的节流损耗。
尤其在机组变负荷运行时，由于风机和水泵的运行偏离高效率点，使运行效率降低。
现有调节流量的方法不改变电机的转速，因此电机消耗的功率不变。
若使用变频器对配套电机进行调速，达到用户期望的流量，则可以节约大量电能。
对于火电厂来说，发电厂辅机电动机的有效调速运行，直接关系到电厂效益的高低。
我国50MW以上机组锅炉风机水泵运行效率普遍很低，效率大约为45—65％。
一般来讲，使用高压变频器后风机水泵运行效率将提高20—30％，大约1.5至2年即可以收回改造投资费用。
随着电力行业改革的不断深化，厂网分家、竞价上网等政策的逐步实施，降低厂用电率、降低发电成本、提高电价竞争力，已成为各发电厂努力追求的经济目标。
第三章系统方案
一、现场工况分析
1.负载设备参数
1#、2#炉送风机配套电机现场调研数据
型号
YKK450-4
额定功率
315KW
额定电压
10000V
额定电流
23.5A
额定功率因数
0.84
额定转速
1488r/min
额定频率
50HZ
相数
3
接法
Y
工作制：
S1防护等级IP44
标准编号：
Q/CD.057
设备数量
2
制造厂家
重庆赛力盟电机有限责任公司
1#、2#炉引风机配套电机现场调研数据
YKK450-6
24A
0.82
992r/min
3#炉送风机配套电机现场调研数据
YKK4502-4
355KW
25.8A
0.86
1490r/min
防护等级
IP54
冷却方式
IC611
环境温度
40℃
重量
3430kg
绝缘等级
F
1
工作制
S1
OXD.510.103
西安西玛电机
3#炉引风机配套电机现场调研数据
YKK4505-6
27A
985r/min
IP54
3510kg
锅炉给水泵配套电机现场调研数据
YKK4502-2
335KW
23.55A
0.89
2979r/min
IP44
4450KG
定额类型
济南生建电机厂
2、负载设备运行工况分析
我国电站锅炉辅助设备风机水泵虽已普遍采用了高效离心式，但实际运行效率并不高。
其主要原因之一是的调节性能差，其二是运行工况点偏离的最高效率点。
我国现行的火电设计规程规定：
燃煤锅炉的辅助设备风机水泵的流量裕度分别为5%和5%～10%，压力裕度分别为10%和10%～15%。
这是因为在设计过程中，很难准确地计算出管网的阻力，并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大流量和压力作为选择型号的设计值。
而设备的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的型号时，只好往大型号上靠。
这样，电站锅炉辅助设备风机水泵的流量和压力裕度达20%～30%是比较常见的。
另外，由于我国电网容量和用电量迅速扩大，负荷的变化也越来越大，迫使机组也要参加调峰运行，使得机组的日负荷曲线变动很大，平均负荷偏低，导致辅机的出力过低，所需求的流量（压压）也随之变化，导致风机水泵的运行工况点与设计高效点相偏离，从而使风机的运行效率大幅度下降。
大部分采用以下传统做法：
（1）在阀门调节过程中会带来一系列问题：
Ø
采用风机水泵定速运行，阀门调整节流损失大、管网损失严重、系统效率低，造成能源的浪费。
长期的30～40%左右的低阀门开度，加速阀门自身磨损，导致阀门控制特性变差。
管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。
设备使用寿命短、日常维护量大、维修成本高、造成各种资源的极大浪费。
工频启动时启动电流大，对电网的冲击很大，启动后电机满负荷运行，很难停机，导致设备使用寿命缩短，日常维护量大，维修成本高，且故障率高。
（2）在液力耦合器调节过程中会带来一系列问题：
液力耦合器属于一种机械调速设备。
液力耦合器的原理决定了液力耦合器有5-8%的速度损失。
同时功率损失变为热量，使液压油温过高。
需要大量冷却水冷却液压油。
在实际运行中油温高于95℃以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。
由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。
液力耦合器整机效率低，功率因数低，调速精度差，调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高，所以节能效果不明显。
鉴于存在以上诸多问题，解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。
利用高压变频器对风机电机进行变频控制，实现流量压力的变负荷调节。
因此，采用变频调速控制改造是非常有价值的。
二、设备选型
1、变频器配置
根据现场的额定参数和实际运行工况，再结合我公司的CHH100系列高压变频器在其它工程地应用情况，我公司为其改造设备配置如下变频器，其主要地参数如下：
序号
项目
1#、2#炉送风机
1#、2#炉引风机
3#炉送风机
3#炉引风机
锅炉给水泵
变频器型号
CHH100-0315-10
CHH100-0355-10
配置版本
V3.00版
额定容量
400kVA
450kVA
4
10KV
5
6
变频器数量
2台
1台
3台
7
拖动方式
一拖一自动
说明
锅炉给水泵一般都有超额运行现象，所以放大变频器功率，保证运行稳定。
2、变频器切换方式说明
我方提供的CHH100变频器的旁路系统采用一拖一带隔离自动切换旁路方案，变频器具有转速跟踪功能，变频与工频能够自动切换，其一次系统如下图所示：
CHH100系列高压变频一拖一带隔离自动切换旁路系统图
变频器由用户开关、一拖一带隔离自动切换旁路柜、CHH100系列高压变频器、高压电机组成。
一拖一带隔离自动切换旁路柜是由三个真空接触器KM1、KM2、KM3和两个高压隔离开关QS1、QS2组成。
该柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频器输出真空接触器KM2和工频真空接触器KM3互锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。
（1）.刀闸QS1、QS2无机械闭锁功能，只是在检修时由手动断开以形成明显的断开点，确保工作人员的安全；
（2）.在变频运行状况下，KM1、KM2闭合，KM3断开。
如在运行中发生重故障，系统自动停止变频器输出，可以通过变频器功能参数设置自动旁路，系统自动依次断开KM2、KM1，延时3秒自动闭合KM3使电机切换至工频侧运行；
也可以通过变频器功能参数设置手动旁路，然后通过就地或远程外部DCS指令，手动依次断开KM2、KM1，闭合KM3使电机切换至工频侧运行；
（3）.在工频旁路运行状况下KM3闭合，KM2、KM1断开。
如需切换至变频运行，如可以先断开用户开关，然后通过变频器就地或远程外部DCS指令断开KM3，然后再依次闭合KM1、KM2使电机切换至变频侧，可设置变频器自动检测电机运行相位和频率（速度），在没有电流冲击的情况下，电机投入变频运行。
◆自动旁路方案优点：
✧根据系统工艺地要求，能够快速地进行变频与工频的切换，确保系统的安全运行。
✧变频器输入、输出设计有隔离刀闸，便于变频器的维护与检修。
✧操作方便，可以就地操作，也可远程操作，易于实现自动控制。
✧变频器故障时,可以使用功能码进行设定手动或自动旁路功能.
三、方案论述
1、变频器控制方式
可以通过高压变频器控制柜上触摸屏或键盘进行启动、停止、调整电机转速、频率。
也可以通过远程控制室操作台实现对高压变频器进行启动、停止、调整电机转速、频率。
用户可以根据工况自由选定高压变频器“手动/自动”调速运行。
高压变频调速系统提供16路数字量输入，8路继电器输出，3路模拟量输入，4路模拟量输出，1路高速脉冲输入，1路高速脉冲输出端子，以上提供的用户端子均为可编程端子，每个端子的功能都可以使用功能码进行设定。
下图给出常规I/O硬接线控制配置图方案，用户可根据需要进行修改。
具体用户接口将在技术协议或详细设计阶段根据用户要求确定。
根据现场的额定参数和实际运行工况，再结合我公司的CHH100系列高压变频器在其它工程应用情况，我公司提供的变频器控制方案有二种供用户选择,具体的控制方式根据实际情况协商确定。
详情见下:
第一种方案:
采用远程控制箱进行控制
通过变频器的手动切换旁路柜进行手动切换拖动相应负载,采用现场远程操作箱平台进行变频器起停启动、停止、调整电机转速。
直接在远程监控室上安装操作箱，该方案改造方便，不需要改动DCS系统，只需要将原来采用节流控制的阀门全打开，通过操作箱平台进行调整电机转速来控制该流量。
控制线路配置图
远程控制箱材料明细表
编号
名称
规格
数量
备注
箱体
待定
1PCS
频率数字显示器
ZN-D48（频率）
1PCS
电流数字显示器
ZN-D48（电流）
指示灯
AD37-DS
6PCS
转换开关
LW39B-16D
急停按钮
LA37-E1S541
按钮
LA37-E1A11
2PCS
8
接线端子排
25P以上
注:
内部不需要连接线,要进出线孔,器件材料可不按照上图要求型号选择.但要达到该功能，在箱里加多接线端子排。
备置十几米的内部连接线。
第二种方案:
采用DCS系统进行控制
通过变频器的手动切换旁路柜进行手动切换拖动相应负载,采用现场DCS系统平台进行变频器起停启动、停止、调整电机转速。
该方案需要改动DCS系统。
不同用户的DCS系统各有差异，采用DCS控制需要用户自己修改增加该控制，我司只能提供I/O硬接线端口，下面给出常规DCS系统I/O硬接线控制配置图方案，用户可根据需要进行修改。
以下是我公司变频器标准接口，用户可以根据需要选择部分信号进行显示。
◆标准变频装置I/O硬接线控制配置
用户侧输入到变频器（DI/AI）
变频方式（1DI）
干接点，3秒脉冲，闭合时有效，变频方式启动。
工频方式（1DI）
干接点，3秒脉冲，闭合时有效，工频方式启动。
变频器启动（1DI）
干接点，3秒脉冲，闭合时有效，变频启动。
变频器停止（1DI）
干接点，3秒脉冲，闭合时有效，变频停机。
故障复位（1DI）
干接点，3秒脉冲，闭合时有效，故障复位。
急停指令（1DI）
干接点，闭合时变频器紧急停机。
高压合闸信号（1DI）
高压开关处于合闸时，辅助节点闭合
远方速度给定信号（1AI）
4-20mA对应0～额定频率，带载能力≥250Ω
DI需要7路；
AI需要1路即可满足正常控制要求。
变频器侧输出到用户（DO/AO）
高压合闸允许（1DO）
变频器自检通过或系统处于工频状态，具备上高压通电条件，节点闭合，允许高压合闸。
接点容量AC220V，3A。
变频器运行状态指示信号（1DO）
常开点，闭合时表示变频器正在运行
变频器待机状态指示信号（1DO）
常开点，闭合时变频器就绪，表示变频器已待命，具备启动条件
变频器控制状态指示（1DO）
常开点，节点闭合表示变频器控制权为远程控制；
节点断开表示变频器控制权为本地控制。
变频器轻故障指示（1DO）
常开点，闭合时表示变频器产生报警信号，变频器继续运行。
变频器重故障指示（1DO）
常开点，闭合时表示变频器发生重故障，可以切换到工频运行。
高压紧急分断（1DO）
变频器出现重故障时，节点闭合，自动分断高压开关。
工频运行指示（1DO）
常开点，闭合时表示电动机处于工频旁路状态
变频器输出电流信号（1AO）
4～20mA
带负载能力250Ω
变频器输出频率信号（1AO）
DO需要8路；
AO需要2路即可满足正常控制要求，DO采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。
除特别注明外，接点容量均为AC220V、3A/DC24V，1A。
DCS系统I/O硬接线控制配置图
2、变频器频率控制方式
我方提供的CHH100变频器具有两种控制电机转速、频率调整方式：
（1）手动调节：
变频器开环运行，根据变频器运行的不同频率对应出口压力及流量值，直接设定变频器的频率，使输出电流稳定运行。
特点：
手动调节方式不需要检测现场的控制信号，控制简单，根据现场需要的流量（压力），结合变频器运行频率与流量（压力）关系，调节变频器频率即可，一般适用于生产量变化不大，现场运行频率比较稳定，不需要频繁调节的工况。
（2）自动调节：
用户将现场信号检测转换后传给变频器，操作人员在变频器面板或远程控制室设定，通过变频器内部的微电脑智能系统自动调节。
在不同条件下，系统自动调节风量大小，使温度调节在需要范围内，达到最佳的节能效果。
自动调节方式需要检测现场的控制信号，控制相对手动调节复杂，根据现场需要的流量（压力）自动调节，一般适用于生产量变化较频繁，需要经常调节的工况。
第四章节能分析
一、负载特性说明
负载特性是指电力拖动负载的转矩与转速之间的关系，也叫负载转矩特性。
电动机节电，特别是调速节电，与负载特性的关系极为密切，除要了解电动机的运行特性之外，还要掌握被拖动工作机械的负载转矩随转速变化的特性。
典型的负载特性有恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机泵类负载特性三种，见如下表。
电力拖动典型负载特性表
转矩特性
恒转矩特性
恒功率特性
风机泵类特性
负载特性
M=恒定值
P∝n·
M
P∝n
P=恒定值
M∝1/n
M∝n2
P∝n3
轴功率与转速关系
轴功率与转速成正比
轴功率与转速无关
轴功率与转速的三次方成正比
典型负载
起重机，压廷机，机床平移刀架等
金属切削机床，恒张力卷取机等
风扇，风机，液泵，油泵
二、风机和泵类拖动调速的节电效果
阀门（挡板）调节法主要通过调节管道进口或出口的开度来调节流量，实际是通过改变管道的阻力来改变的流量。
阀门（挡板）调节时，管阻特性随着阀门开度的变化而变化，而电机恒速运行，因此扬程特性并不改变。
如下图所示，当流量从QA下降到QB时，稳定工作点由A点移到B点，供水功率PA与0EBF区域的面积成正比。
变频（转速）调节法是通过改变风机水泵转速来改变的流量。
管道一般处于全开状态，如果风机水泵转速改变，则全扬程也改变。
采用转速调节法时，扬程随着转速改变而改变，但管阻特性则保持不变。
如下图所示，当流量从QA下降到QB时稳定工作点由A点移到C点，供水功率PB与0ECH区域的面积成正比。
从下图可看出，采用转速调节法比采用阀门调节法节约的功率△P与HCBF区域的面积成正比。
由风机水泵特性得知，轴功率P与流量Q，风压（扬程）H的关系为：
当电动机的转速由n1变化到n2时，Q、H、P与转速的关系如下:
（1）
（2）
=
（3）
可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。
由上述推导可以知道，采用转速调节法的节能效果很明显。
随着变频调速技术不断成熟，风机水泵采用变频器来控制其转速。
由电机转速公式：
n=60f/p，其中，n为电机同步转速，f为供电频率，p为电机极对数，可知电机供电频率f与转速成正比。
这样，采用变频器调速时，变频器的输出频率与流量、扬程及电机轴功率也有上述的n次方（n=1,2,3）比例关系。
三．变频改造节能预计计算公式：
1、预计改造前工频运行功率计算公式
或
=用电量÷
相应时间
其中：
——工频运行电机电压，kV；
——工频运行电机电流，A；
——工频运行功率，
；
——工频运行功率因数;
2、预计改造后变频运行功率计算公式：
×
MAX（
）³
÷
η1÷
η2
——变频运行功率
——额定轴功率
——工频运行流量
——额定流量
——要求阀门出口后压力
——额定压力
η1——变频装置效率η2——设备装置效率MAX——表示取二者之大
3、预计系统节电率计算公式：
改造前工频运行功率－改造后变频运行功率
系统节电率=×
100%
改造前工频运行功率
注释：
1、以上节电收益计算为理论计算，结算时以现场测试的真实数据为准。
二、变频改造节能预计计算
1、预计改造前工频运行的运行功率
⏹炼钢精炼炉除尘风机
＝1.732×
10×
40×
0.81=561.16kW
⏹炼钢二次除尘风机
95×
0.834=1372.26kW
⏹一号高炉除尘风机
＝1.732
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