高壓變頻器與螺桿泵的結(jié)合課件

1、變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用1、變頻器的基本常識(shí)2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用4、變頻器運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng)5、其它有效節(jié)電措施1、變頻器的基本常識(shí) 1.1 什么是變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。可分為交交變頻器、交直交變頻器。交交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交直交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過(guò)逆變器把直流電變成頻率和電壓都可變的交流電。 1變頻器的基本常識(shí) 變頻器是由主回路和控制回路兩大部分組成的。主回路由整流器、濾波器和逆變器三個(gè)主要部分組成。控制回路則由單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和光電隔離電路組成

2、。 1.2 變頻器的組成 1變頻器的基本常識(shí) 整流器逆變器電動(dòng)機(jī)直流環(huán)節(jié)濾波器控制電路ACDCAC 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。隨著電力電子器件【從SCR(晶閘管)發(fā)展到今天的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)】、電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展和脈寬調(diào)制變壓變頻調(diào)速理論(PWMVVVF)的成熟，從20世紀(jì)80年代后半期開(kāi)始，美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家的變頻器已開(kāi)始投入市場(chǎng)。1.3 變頻技術(shù)的發(fā)展過(guò)程1變頻器的基本常識(shí) 變頻器控制系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)階段：第一階段：八十年代初根據(jù)日本學(xué)者提出的電壓空間矢量理論研制的變頻器，典型機(jī)種如1989年前后進(jìn)入中國(guó)的FUJI（富士）G5、G7系列等。 第二階段：

3、根據(jù)德國(guó)人提出的矢量控制理論研制的變頻器，如西門(mén)子開(kāi)發(fā)了6SE70通用型系列。 第三階段：根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制理論（Direct Torque Control簡(jiǎn)稱DTC）研制的變頻器，主要代表ABB公司的ACS400、ACS600系列。1.3 變頻技術(shù)的發(fā)展過(guò)程1變頻器的基本常識(shí) 當(dāng)前，電機(jī)是我國(guó)主要的工業(yè)耗電設(shè)備，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電機(jī)的總裝機(jī)容量超過(guò)4億千瓦，年耗電量達(dá)到6000億千瓦時(shí)以上，約占工業(yè)耗電量的80%。在發(fā)達(dá)國(guó)家，變頻器在電機(jī)投用的普及率已達(dá)到80%，而我國(guó)普及率不到30%。 從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)已覆蓋風(fēng)機(jī)、水泵、注塑機(jī)、空壓機(jī)、空調(diào)、紡織機(jī)等各種交流電機(jī)設(shè)備。 我公司從九十年代中期開(kāi)始推廣

4、低壓變頻器，目前幾乎所有的運(yùn)行中的低壓電機(jī)拖動(dòng)的輸油泵等都配備變頻器。1.4 變頻器市場(chǎng)容量1變頻器的基本常識(shí) 1.5 變頻調(diào)速的原理三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：n = n0 (1- s)其中：n0 = 60 f / p，為同步轉(zhuǎn)速因此 n = 60 f (1- s) / p1變頻器的基本常識(shí) 1.5 變頻調(diào)速的原理1變頻器的基本常識(shí) 改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)(p)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率(s) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速改變電機(jī)供電頻率(f)，即變頻調(diào)速n = 60 f (1- s) / p1.5 變頻調(diào)速的原理1變頻器的基本常識(shí) 根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)公式：E=4.44 f1 K N f1 - 電機(jī)頻率。 N -

5、 每相繞組匝數(shù) - 電機(jī)氣隙磁通 K - 與繞組有關(guān)的常數(shù)=E/(4.44KNf1)=K (E/f1) K (U/f1)V V V F控制Uff0un恒轉(zhuǎn)矩恒功率 變頻調(diào)速主要有如下一些優(yōu)點(diǎn)： 1、調(diào)速范圍寬，可使異步電動(dòng)機(jī)0-100%無(wú)級(jí)調(diào)速(加減速時(shí)間可調(diào)）；2、啟動(dòng)電流小，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大； 3、啟動(dòng)平滑，消除機(jī)械的沖擊力，保護(hù)機(jī)械設(shè)備； 4、對(duì)電機(jī)具有保護(hù)功能，降低電機(jī)的維修費(fèi)用； 5、在合適條件下具有顯著的節(jié)電效果。1.6 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)1變頻器的基本常識(shí) 1.7 常用低壓變頻器功能簡(jiǎn)介1變頻器的基本常識(shí) 過(guò)流保護(hù) 過(guò)壓保護(hù) 欠壓保護(hù) 過(guò)熱保護(hù) 輸出接地保護(hù) 輸出短路保護(hù) 輸入缺相保護(hù)(

6、3) I/O 端子短路保護(hù) 電機(jī)過(guò)載保護(hù) 輸出過(guò)載保護(hù) 堵轉(zhuǎn)保護(hù) 欠載保護(hù)完善的保護(hù)特性（自身保護(hù)和負(fù)載保護(hù)）： 1.7 常用低壓變頻器功能簡(jiǎn)介1變頻器的基本常識(shí) 基本接線：動(dòng)力接線控制接線 1.7 常用低壓變頻器功能簡(jiǎn)介1變頻器的基本常識(shí) 報(bào)警和故障：F1 OVERCURRENTF3 OVERTEMP 變頻器雖為靜止裝置，但也有像濾波電容器、冷卻風(fēng)扇那樣的消耗器件，如果對(duì)它們進(jìn)行定期的維護(hù)、更新，可以有10年以上的壽命。 1.8 變頻器的壽命1變頻器的基本常識(shí) 2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理變頻器是節(jié)電產(chǎn)品，但變頻器本身不節(jié)電，相反，它本身也耗電，它的作用是改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速；變頻器節(jié)電的效果完全取決于

7、電機(jī)負(fù)載的工況條件有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速節(jié)電的需要。兩點(diǎn)說(shuō)明：2.1 離心泵的特性管路特性曲線R離心泵特性曲線H-QHQ2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理0管路特性曲線 R管路特性曲線 R 離心泵H-Q曲線減量操作（Q1Q2）：出口閥門(mén)調(diào)節(jié)時(shí)泵工作點(diǎn)的變化：2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理0管路特性曲線 R離心泵H-Q曲線n2n1減量操作（Q1Q2）：調(diào)速調(diào)節(jié)時(shí)泵工作點(diǎn)的變化：2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理0閥門(mén)、速度調(diào)節(jié)能耗比較管路特性曲線 R管路特性曲線 RbacHbn1n2離心泵H-Q曲線2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理0 根據(jù)離心泵軸功率公式：P = k Q H/式中: P泵工況點(diǎn)的軸功率，kW Q工況點(diǎn)的流量，m3/s H工況點(diǎn)的揚(yáng)程

8、，m 介質(zhì)密度 kg/m3 工況點(diǎn)的泵效率， 得出泵運(yùn)行在b、c點(diǎn)的軸功率和損耗功率P: P= Pb - Pc kQ2(Hb- Hc)/2、變頻器調(diào)速節(jié)電原理2.2 容積式泵的特性H容積泵特性曲線H-Q管路特性曲線RQn1n22、變頻器調(diào)速節(jié)電原理3.1 必要性 長(zhǎng)距離管道的輸油、輸氣主要采用功率較大的輸油泵和天然氣壓縮機(jī)。拖動(dòng)這些油泵及壓縮機(jī)的原動(dòng)力就是高壓電動(dòng)機(jī)。公司現(xiàn)有27臺(tái)6kV高壓電動(dòng)機(jī)，單機(jī)功率都在450kW以上，這些大中型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備用電量曾占公司總用電量的80以上，目前是60%左右。3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 多數(shù)情況下，隨著采油廠原油產(chǎn)量、油品參數(shù)、管道狀況、用戶需求量等多種因

9、素的變化，輸油量計(jì)劃要經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整，各泵站工藝參數(shù)（壓力、流量、溫度等）也要隨著變化。 目前，我們所采用的是輸油泵并聯(lián)輸送方式，在長(zhǎng)輸管線泵站設(shè)計(jì)選取輸油泵參數(shù)時(shí)，要考慮在極端情況、越站輸送等多種特殊環(huán)境下的管道輸送安全和輸油泵的輸送能力，輸油泵參數(shù)(額定揚(yáng)程、流量）選取往往偏大，有時(shí)與多數(shù)時(shí)間內(nèi)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)相差很大。（） 3.1 必要性3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 在恒轉(zhuǎn)速電機(jī)拖動(dòng)下，傳統(tǒng)的離心式輸油泵只能調(diào)節(jié)出口閥門(mén)，通過(guò)改變管路特性來(lái)調(diào)節(jié)泵的外輸流量和壓力。一方面，由于閥門(mén)的嚴(yán)重節(jié)流（或回流）作用，會(huì)增大系統(tǒng)的無(wú)用做功；另一方面，工況的改變經(jīng)常使輸油泵工作點(diǎn)偏離高效區(qū)，降低泵的運(yùn)行效率。

10、兩種情況都會(huì)浪費(fèi)大量的電能 3.1 必要性3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 結(jié)論3.1 必要性 輸油泵調(diào)速3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 困難：3.2 調(diào)速的手段高電壓大功率3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用調(diào)速技術(shù)： 高壓變頻器； 高壓內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)； 液力耦合；3.2 調(diào)速的手段3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用3.3 調(diào)速的嘗試 1999年，坨子里泵站安裝了一臺(tái)680KW內(nèi)反饋高壓串級(jí)調(diào)速裝置，在我公司首次實(shí)現(xiàn)了高壓電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。在此基礎(chǔ)上，2000年，又在高力房泵站4#輸油泵上投運(yùn)一臺(tái)。 3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用3.3 調(diào)速的嘗試3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用3.3 調(diào)速的嘗試 設(shè)備投入半年即

11、通過(guò)節(jié)電收回投資； 公司輸油泵節(jié)電潛力巨大，節(jié)電效益可觀。嘗試的最大收獲：信心和決心結(jié)論：3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用3.4.1 什么是高壓變頻器？一般輸出3KV13.8KV電壓的變頻器稱為高壓變頻器。國(guó)外稱為中壓變頻器, 國(guó)內(nèi)稱為高壓, 主要是與低壓變頻器相對(duì)而言的.3.4 高壓變頻器簡(jiǎn)介3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 調(diào)速節(jié)電（有條件） 軟啟動(dòng)節(jié)電 提高電網(wǎng)功率因數(shù)節(jié)電 減少機(jī)械設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用、延長(zhǎng)使用壽命3.4.2 采用高壓變頻器的好處3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 按輸出電壓方式 高高型：變頻器輸出沒(méi)有升壓變壓器 高低高型：低壓變頻器，有降、升壓過(guò)程 按中間環(huán)節(jié)類型 電壓源：中間直流環(huán)節(jié)為

12、電容 電流源：中間直流環(huán)節(jié)為電感 按逆變器電路結(jié)構(gòu)型式 三電平(中心點(diǎn)鉗位) GTO/SGCT電流源型逆變器 功率單元電壓串聯(lián)結(jié)構(gòu)3.4.3 常用高壓變頻器分類3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用西門(mén)子羅賓康完美無(wú)諧波高壓變頻器： 1995年第一臺(tái)基于IGBT、無(wú)輸出變壓器的6.6kV變頻器問(wèn)世； 2000年與我公司簽署第一臺(tái)購(gòu)買合同； 2001年實(shí)現(xiàn)全球銷售1000臺(tái)； 每年以500臺(tái)以上速度銷售，目前市場(chǎng)占有率領(lǐng)先。3.4.4 我公司使用的高壓變頻器3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用西門(mén)子羅賓康高壓變頻器實(shí)現(xiàn)原理3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用西門(mén)子羅賓康高壓變頻器組成結(jié)構(gòu)輸入變壓器控制系統(tǒng)功率單元3、高壓

13、變頻器在我公司的應(yīng)用高壓變頻器系統(tǒng)圖3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用3.5 高壓變頻器推廣過(guò)程序號(hào)安裝地點(diǎn)設(shè)備時(shí)間 容量生產(chǎn)廠家1曙光泵站1泵2001.5850西門(mén)子羅賓康 2凌海泵站4泵2001.11850西門(mén)子MV系列3坨子里3泵2002.41000西門(mén)子羅賓康 4曙光泵站4泵2004.9850西門(mén)子羅賓康 5輕烴壓縮4壓縮機(jī)2009.6730西門(mén)子羅賓康 3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用曙光1泵變頻器（850kW）曙光4泵變頻器（850kW）3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用坨子里3泵變頻器（1000kW）凌海4泵變頻器(850kW)3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用松山泵站690V變頻調(diào)速系統(tǒng)示意圖6KV

14、開(kāi)關(guān)柜6/0.69KV變壓器輸油泵450KW/690V變頻電機(jī)690V變頻裝置3.6 另一種模式690V變頻系統(tǒng)3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用690V變頻器690V變頻電機(jī)6300V/690V變壓器實(shí)施效果：2002年9月投產(chǎn)后，平均每日可節(jié)電3900kWh，單機(jī)節(jié)電率32%，取得理想的成果。3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：1、具有變頻調(diào)速所有優(yōu)勢(shì)；2、相對(duì)400V系統(tǒng)，運(yùn)行電流小，適用更大容量；3、相對(duì)6KV“高高”變頻設(shè)備，降低投資三分之一以上，性價(jià)比高。不足：1、適用功率較小設(shè)備；2、通用性差；690V變頻器系統(tǒng)特點(diǎn)：3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用高壓串級(jí)調(diào)速高高變頻調(diào)速高低變頻調(diào)速高精度

15、，高可靠性，高效率，可滿足大容量需要投資規(guī)模大高精度，高可靠性，高效率，投資規(guī)模較小用于中小容量，通用性差調(diào)速范圍窄，可靠性稍差投資小，電氣調(diào)速，效率較高，回收快大功率輸油泵的調(diào)速方式3.7 幾種調(diào)速方式對(duì)比3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 在高壓變頻器拖動(dòng)離心式輸油泵和螺桿泵試運(yùn)行兩個(gè)項(xiàng)目分別取得成功的基礎(chǔ)上，開(kāi)始探索和實(shí)踐運(yùn)用高壓變頻器拖動(dòng)螺桿泵運(yùn)行的設(shè)想，這樣既可以充分利用螺桿泵高效率、適用粘度范圍廣的特性，又可以發(fā)揮變頻器調(diào)速避免螺桿泵回流調(diào)節(jié)、控制調(diào)整方便的長(zhǎng)處，達(dá)到提高系統(tǒng)效率、操作平穩(wěn)安全可靠的目標(biāo)。 3.8 高壓變頻器與螺桿泵的結(jié)合3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 在2005年高力房輸

16、油泵站高壓變頻器拖動(dòng)螺桿泵輸油試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，2007年又在曙光泵站等單位推廣這一輸油設(shè)備組合方案，都見(jiàn)到良好節(jié)電效果。以曙光泵站4輸油泵為例，在拖動(dòng)電機(jī)(680kW)不變情況下，把原有離心式輸油泵更換為螺桿泵，同樣采用高壓變頻器調(diào)速拖動(dòng)，在相當(dāng)工況下，用電單耗下降（泵效提高）13.76，節(jié)電效果進(jìn)一步顯現(xiàn)。3.8 高壓變頻器與螺桿泵的結(jié)合3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用1.4411.3081.5671.4861.5191.4961.3171.2691.2871.2951.01.11.21.31.41.51.64月5月6月7月8月日期用電單耗(kWh/t)2007年單耗(離心泵)2008年單耗(

17、螺桿泵) 曙光泵站4變頻器拖動(dòng)離心泵和螺桿泵調(diào)速前后的單耗變化3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用 近十年來(lái)，從傳統(tǒng)的離心式輸油泵恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行到離心泵調(diào)速、螺桿泵的使用，發(fā)展到目前采用高壓變頻器拖動(dòng)螺桿泵，每發(fā)展一步輸油效率都得到了提升，節(jié)電效果不斷顯現(xiàn)。通過(guò)重點(diǎn)推廣應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)及螺桿泵，在公司總體生產(chǎn)任務(wù)基本穩(wěn)定的情況下，年用電量從2000年的7900萬(wàn)kWh下降到2007年的4540萬(wàn)kWh，七年內(nèi)用電量減少42.5，用電單耗下降36.5。新技術(shù)、新設(shè)備的推廣運(yùn)用為企業(yè)節(jié)電降本、健康可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。3.9 調(diào)速的節(jié)電效果3、高壓變頻器在我公司的應(yīng)用近年來(lái)公司輸油、用電情況3、高壓

18、變頻器在我公司的應(yīng)用4、變頻器運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng)4.1 運(yùn)行操作中的注意事項(xiàng)1、啟泵前的檢查 變頻器控制電源在合位，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常， 系統(tǒng)無(wú)報(bào)警； 高壓隔離柜刀閘位置正確； 高壓送電后變頻器無(wú)異常（變壓器）； 就緒燈（READY）亮后即可啟動(dòng)。4、變頻器運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng)2、運(yùn)行中的觀察和注意事項(xiàng) 裝置指示燈指示無(wú)異常； 電壓（速度）、功率、電流指示儀表正常； 電機(jī)電流指示含義； 不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在30HZ以下； 出現(xiàn)故障后應(yīng)記錄下故障情況，查明原因后 方可再次送電 報(bào)警、故障后要及時(shí)上報(bào)。4.1 運(yùn)行操作中的注意事項(xiàng)4、變頻器運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng) 保持變頻器市內(nèi)溫度在0-40之間； 周圍濕度保持在85%以下且不結(jié)露； 保持市內(nèi)清潔衛(wèi)生，減少灰塵； 定期清潔室內(nèi)過(guò)濾窗及設(shè)備上過(guò)濾網(wǎng)； 變頻器風(fēng)冷系統(tǒng)正常（A4紙檢查）； 設(shè)備無(wú)異味、異響等； 不要隨意操作變頻器上元件（柜門(mén)連鎖）。 4.2 運(yùn)行維護(hù)中注意事項(xiàng)4、變頻器運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng)4.2 運(yùn)行維護(hù)中注意事項(xiàng)4、變頻器運(yùn)行、維護(hù)注意事項(xiàng)5、其它有效節(jié)電措施 綠色照明； 路燈的控制：光控、時(shí)控、降壓等； 電