高壓節能控制系統

一.產品概述
   眾所周知，高壓電動機的應用尤為廣泛，它是工礦企業中的主要動力。在冶金、鋼鐵、石油、化工、水處理等各行業的大、中型廠礦中，用于拖動風機、泵類、壓縮機及各種大型機械。其消耗的能源占電機總能耗的70%以上，而且絕大部分都有調速的要求，但目前我國的調速和起動方法仍很落后，浪費了大量的能源且造成機械壽命的降低。因此，推廣應用高壓節電控制系統的效益和潛力非常巨大的。
   目前國家對電費價格的上調以及在能源管理上的遠期規劃，會導致能源價格的繼續上升。對于一個企業來講，生產輔助設備，特別是高壓大功率交流電機類拖動設備的耗能越多，產品成本就會上漲越多，這樣就會影響企業的經濟效益。因此，對一個企業來講，使用高壓節電器，提高用電的效率，提高整個生產系統的工作效率，節約能源，就意味著節約生產成本，而且使用高壓節電器將有很長遠的效益空間。
   蘇州徠卡節能電氣技術有限公司自主研發、生產的高壓節能控制系統以高壓變頻調速為基礎，配套先進、現代控制系統，可使高壓電機在更優經濟當量運行，降低能源損耗，提高電機效率。

二. 系統工作原理
  1. 主電路拓撲原理
  電網電壓經主變壓器隔離移相后為功率單元供電，每個功率單元為一個單相交-直-交電壓型逆變器，單元串聯星接后形成三相變頻電源給高壓電動機供電。主變壓器采用移相整流方式，輸入功率因數高，輸入電壓電流諧波小。滿足IEEE519-1992和GB/T 14549-93對電壓和電流嚴格的諧波失真要求。無需任何功因補償和諧波抑制裝置。節電器輸出采用多重化PWM技術，輸出為近乎的正弦波，無須加輸出濾器。電動機諧波損耗小，轉矩脈動小，無明顯電動機噪聲。電動機不需降額使用。輸出dV/dt和共模電壓小，對電動機無附加電應力損害。
  2. 功率單元原理
  功率單元采用三相交流輸入，整流濾波后形成直流電壓，經IGBT  H橋逆變后輸出脈寬調制（PWM）電壓。功率單元控制板由IGBT驅動電路和監測保護電路、光纖通信電路、單元旁路電路和控制電源組成。運行中功率單元故障時，節電器可將故障單元自動旁路并繼續運行，等情況允許時再停機排除故障。
  3. 旁路原理
  旁路過程無需人為操作，由系統自動完成。即在節電系統出現故障時，可將節電系統進行旁路，將電動機直接接入原電網繼續運行。旁路的型式有自動旁路和手動旁路兩種型式，主要的區別在于：配置手動旁路功能者，其內部操作機構由隔離刀閘組成，當省電裝置出現故障時需要按照操作規程進行手動操作將省電裝置退出，將電機恢復至工頻運行狀態。當配置了自動工頻旁路后，其內部操作機構由隔離刀閘和真空接觸器組成，隔離刀閘已預置到相應位置，僅為檢修時提供高壓斷開點，當省電裝置出現故障時在系統控制器的控制下自動退出省電裝置而切換至工頻運行狀態；當省電裝置檢修完畢后又可以在瞬間由工頻運行狀態轉至變頻運行狀態，用戶的負載無需停車，不影響生產，即可實現工頻→節能或是節能→工頻的雙向互切功能。對于重要工藝情況的負載可采用此種旁路型式。  
三. 高壓節能控制系統主要特點：
1. 一體化設計，安裝調試簡單；
2. 無須更改原有電機，可實現工頻切換；
3. 不需另加升壓變壓器、輸入濾波器、輸出濾波器、電抗器、功率因數補償裝置和緩沖電路等附加電路；
4. 諧波污染尤小，對周圍設備無電磁干擾；
5. 功率因數高、效率高；
6. 各類保護完善、操作簡單、運行穩定、可靠。

四. 節能改造實現效果：
1. 節約用電量，大大降低運行成本；
2. 將運行設備改用節能控制后，可徹底避免大功率電動機啟動時的沖擊力矩對電機的損壞；
3. 延長了電機和管道的檢修周期，減輕了檢修人員的維護工作量；
4. 提高了機組自動裝置的穩定性，為機組的經濟優化運行提供了可靠保證；
5. 實現閉環自動控制后，提高了工作質量，減輕了勞動強度，可實現無人值班，節約管理費用；
6. 功率因數得以提高，可省去功率因數補償裝置；
7. 可實現空載軟啟動，啟動峰值電流和時間大為減少，避免了因啟動電流大造成的絕緣老化及由于較大電動力矩造成對電機的機械沖擊，延長了電機的壽命，減少了對電機的維護工作量；
8. 節流裝置全開，不僅達到了節能降耗的目的，同時還減小了管道系統的振動，使管道壓力波動減小，延長了管道的使用壽命和檢修周期及檢修的工作量，使系統運行穩定性得到改善；
9. 頻率的調節性能優越，有利于實現分散控制系統改造，進一步提高系統的優化改造。

五. 電氣規格參數：

項目	電壓	6kV系列	10kV系列
輸入	輸入額定電壓	3相50/60Hz，6kV	3相50/60Hz，10kV
	電壓波動范圍	6kV/10kV±10% 滿載運行，-10%～-35%允許長期降額運行
	頻率變化范圍	50Hz±10%
	單元輸入電壓	690V
	輸入功率因數	≥0.95（20%負荷以上）
	輸入電流諧波	≤2% 滿足IEEES19-1992和GB/T14549-93標準
輸出	輸出電壓范圍	0～6kV	0～10kV
	輸出容量范圍	230～15000kVA	250～25000kVA
	單元輸出電壓	690V
	輸出頻率范圍	0～50Hz max 330Hz  120Hz以上廠家定制
	調速比	40：1（通用矢量） 100：1（SVC）  200：1（FVC）
	轉速精度	±0.5%(SVC)   ±0.2%(FVC)
	轉矩響應	＞750rad/s
	啟動轉矩	0.5Hz/150%（SVC）  0Hz/180%（FVC）
技術方案		單元級聯、交直交、高高方式
控制方式		通用矢量、無/有速度傳感器控制方式（SVC/FVC）
整流形式		二尤管三相全橋
逆變形式		IGBT逆變橋
加減速時間		0.1～6500秒， ＞6500秒廠家定制
起�？刂�		本地或遠方
控制系統		ARM、DSP、FPGA、CPLD、HMI
面板顯示		觸摸屏/LCD可選，簡體中文
過載能力		120%額定電流，1分鐘
整機效率		≥96%
裝置有無熔斷器		功率單元輸入側帶熔斷器
電氣隔離部分是否采用光纖		是
是否需要輸入濾波器		否
是否需要輸出濾波器		否
是否需要功率因素補償		否
功率單元保護		過壓、欠壓、均壓、輸入缺相、過流、超溫、通訊等
系統保護		電機過載、輸出過載、輸出短路、輸出接地、輸入過流、輸入過壓、輸入不平衡、輸入接地、冷卻風扇故障報警、門開關連鎖保護、變壓器過熱報警、變壓器過熱跳閘等
平均無故障時間		5000小時
通訊接口		CAN、Modbus、RROFIBUS 特殊可按用戶定制
開關量輸入		10路，  繼電器干式接點
開關量輸出		16路，  繼電器干式接點
模擬量輸入		4路，   4～20mA或0～10V
模擬量輸出		5路，   4～20mA或0～10V
使用環境		室內
環境溫度		-10℃～+40℃，+40℃～+50℃降額運行；低于-10℃，啟動前需要預熱
環境濕度		5%～95%，無凝霜
海拔高度		≤1000m，大于1000m需要降額運行，具體請在訂貨時說明
設備總噪聲		≤75dB
冷卻方式		強迫風冷
防護等級		IP30
柜體型式		GGD組合型
進出線方式		下進下出/上進上出，特殊可按用戶定制
控制電源		380V±10%AC 三相四線

 
 
六. 現場安裝及散熱方案
高壓節能控制系統屬于大型電子設備，對環境要求比較嚴格，需統計多臺設備的運行情況。由于現場環境溫度過高而引起的設備故障比例較大，因此我們總結了兩種現場經常采用的散熱方案，供用戶參考。
兩種方案：1、加裝風道；2、加裝空調；
兩種方案各有其適用的范圍，具體方案的選擇應根據現場的環境及用戶的使用習慣而定。下面將就現場安裝、現場布線的注意事項以及兩種方案的原理和適用范圍做一個簡單的描述，供用戶參考。
1. 現場安裝
 LK-GY高壓節能控制系統基本配置包括變壓器柜、功率單元柜、主控制器柜三部分，其中功率單元柜和主控制器柜是一個整體，三個部分整體布置，切換柜為可選件，采用可與節電器整體安裝也可分開安裝；另外工頻旁路柜本方案中已經選配，工頻旁路柜與變壓器柜等非一個整體，可分開運送安裝。
A.現場安裝技術要求如下：（如下圖）
（1）節電器周圍預留空間，前面1.5米，后面1.0米，左右0.8米，頂部1.0米（風機到頂部），此預留空間為小值；
（2）電纜溝可根據實際線纜數量確定深度，必須具備防水、防塵、防鼠等功能；
（3）設備基礎使用12#槽鋼預埋，外形見上圖，安裝平面必須平整，且露出地面5mm；
（4）電纜溝內做好電纜支架；
（5）節電器直接焊接在基礎預埋12#槽鋼上，接地點與基礎槽鋼焊點結實，以保證節電器柜體與廠房大地連接可靠。  
B. 現場條件
（1）安裝場地不應有嚴重粉塵污染，不存在腐蝕和爆炸性氣體；
（2）安裝場地應有容量不小于15KVA，電壓為AC380V±10%的專用控制電源；
（3）應有為節電器提供的可靠接地尤，接地電阻不大于4歐姆。
（4）為節電器提供的高壓電源點已經采取了有效的防雷措施。
（5）節電器設備安裝場地必須保留足夠的操作、維護與散熱空間。安裝設備后的凈空間滿足現場條例要求，節電器與墻壁的距離不少于1米。
2. 現場布線
高壓線與低壓線必須嚴格分開,電纜溝必須為阻燃材料、光滑的、防潮、防塵并能防止小動物進入。 
A. 功率電纜：
主電源和電機電纜的布線必須符合當地的標準并且參照電纜制造商的說明和建議。 
為達到更好 EMC 特性,推薦使用單獨屏蔽的鋼鎧三相電纜；如果使用單相電纜, 三相電纜必須組合在一起以確保EMC 特性。 
如果電纜屏蔽層截面積小于一相截面積的50%,必須沿電纜增加一條附加的地線以避免電纜屏蔽層過熱。進一步的描述請查閱當地的規章。 
電纜溝內部的電纜支架、梯架或托盤的層間距離，應滿足能方便地敷設電纜及其固定、安置接頭的要求，且在多根電纜同置于一層情況下，可更換或增設任一根電纜及其接頭。 
在采用電纜截面或接頭外徑尚非很大的情況下，符合上述要求的電纜支架、梯架或托盤的層間距離應大于300mm。下層支架距溝道底部的凈距應大于100mm。 
電纜固定于支架上，水平裝置時，外徑不大于50mm的電力電纜及控制電纜，每隔0.6m一個支撐；外徑大于50mm的電力電纜，每隔1.0m一個支撐。排成正三角形的單芯電纜，應每隔1.0m用綁帶扎牢。 
垂直裝置時，每隔1.0—1.5m應加以固定。 
電力電纜和控制電纜應分別安裝在溝的兩邊支架上，間距大于300mm。若不具備條件時，則應將電力電纜安置在控制電纜之上的支架上。 
B. 電纜端頭： 
根據電纜制造商的要求電纜必須在端頭安裝電纜連接頭，并且電纜連接頭需要專業人士制作。 
C. 接地電纜： 
接地電纜走線必須符合當地有關標準，接地電阻必須小于4Ω。 
D. 控制電纜： 
控制電纜不應與功率電纜平行布線。如果這種情況不能避免,必須使控制電纜和主電纜之間保持在300mm (12in.) 的距離�？刂齐娎|與功率電纜應成90度交叉布線。  
3. 散熱方案
A. 安裝風道
常規的設計是在機柜上面安裝風道，將節電器產生的熱量直接排放到室外，由節電器室的進風口不斷補充冷風，對系統進行冷卻。在使用中需要注意的是如果節電器柜頂風機距出風口較近（小于2米，中間無轉折），出風口可不加裝輔助排風機，否則需加裝排風機。如果進風口的現場施工存在不便，風道需有轉折，則可以考慮加裝風機強迫進風。 加裝風道的優點是成本低，可靠性高，散熱效果良好。適用于現場環境比較清潔的場合，否則就需要經常清洗濾網。
加裝風道注意設計如果不合理，雨天時會有雨水倒灌，導致節電器短路。蘇州徠卡節能技術要求設計整體通風管網要有一定傾斜角度（如上圖所示），在通風管網下側開孔排風�？捎行Х乐褂晁�倒灌。通風孔加加過濾網防止動物爬進。 B. 加裝空調
將高壓節電器放置于一個比較封閉的房間內，然后在房間內安裝空調，通過空調內部的循環將高壓節電器產生的熱量排到室外�？照{總體的制冷量為節電器的發熱量加上空間制冷所需的制冷量。
加裝空調的優點是由于沒有室內外空氣的直接流通，容易保持室內環境的清潔，但是空調的可靠性會影響到系統的穩定性，初次投資和運行成本會相應增加。
 
七. 適用范圍
1. 鋼鐵 有色金屬：高爐鼓風機，轉爐除塵風機，壓縮風機，制氧壓縮機，引風機，送風機，二次除塵風機，送水泵，泥漿泵，二氧化硫風機，沖渣泵，煤氣壓縮機，除垢泵；
2. 火力 水力 垃圾發電：排粉風機，灰漿機，一次風機，二次風機，壓縮機，抽水蓄能泵，引風機，凝結水泵，增壓風機，循環水泵，鍋爐給水泵；
3. 水泥 建材：窯爐引風機，窯爐供風機，窯頭風機，窯尾風機，高溫風機，除塵風機，壓力送風機，分選器風機，循環風機，水泥磨風機，磨煤機；
4. 石油 石化 天然氣：管線輸送泵，注水泵，給水泵，潛油泵，輸油泵，鹵水泵，壓縮機，加壓風機，循環風泵，引風機；
5. 煤炭 礦山：除垢泵，泥漿泵，渣漿泵，清水泵，進料泵，對旋風機，攪拌機，窯爐傳動，軸流風機，排水泵，介質泵，除塵風機；
6. 輕工 化工：煤氣鼓風機，加壓泵，壓縮機，軸流泵，軟水泵，送水泵。