1、项目分析1.1空压机能耗分析我们知道，空压机加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在PminPmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:Pmax(1)Pmin ，是一个百分数，其数值大致在10%25%之间。 而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气的工作压力上，即Pmin附近。由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分: 压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量 在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升(直到Pm2、ax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量，从而导致能量损失。另一方面，高于Pmin的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近Pmin。这一过程同样是一个耗能过程。 卸载时调节方法不合理所消耗的能量 通常情况下，当压力达到Pmax时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。关闭进气阀使电机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体作功，但空压机在空转中还是要带动螺杆做回转运动，据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%15%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。换言之，3、该空压机10%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。 其它不足之处 A、靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。 B、频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。1.2空压站目前的运行方式1号空压站有两台10KV/1119KW空压机和一台10KV/500KW空压机，2号空压站目前有三台10KV/1119KW空压机和两台380V/250KW空压机。目前两个空压站的运行方式基本一致，那就是4、根据实际的用气量及压力开停空压机。据实地考察用气压力基本要保持0.62MPa；低于0.62MPa后就要加开一台电机，高于0.62MPa就要泄气或停掉一台电机。目前的运行模式除了存在降压卸载存在的大量能耗损失外还存在电机开停频繁造成的能量损耗；电机的频繁开停容易缩短空压机系统的使用寿命，而且也加强了操作人员的劳动强度。1.3 空压机节能原理经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。根据空气压缩理论，压缩机的轴功率、排气量和轴转速符合下列5、公式： N=Mrn/9553（KW） Vd1KVh1n2（m3/min） 式中：N压缩机的轴功率（kw） Mr压缩机输入的平均轴转矩（N.m） n 压缩机的轴转速（r/min） Vd1 在n2 转速下的排气量 （m3/min） K 与汽缸容积、压力、温度和泄漏有关的系数 Vh1 一级缸容积（m3） n2 调节后的压缩机转速（r/min）根据上述理论分析，在空气压缩机的汽缸容积不能改变的条件下，只有调节压缩机的转速才能改变排气量；空气压缩机是恒转矩负载，压缩机轴功率与转速呈正比变化。在压缩机总排气量大于总用气量时，通过降低压缩机转速调节供风压力，是达到压缩机经济运行的有效方法。1.4变频改造的原6、理设计针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述对比分析，应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB 将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器（VVVF），通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统。具体的控制系统流程图如图1所示。图1 恒压供气控制系统图1.5空压机具体的控制方法由于贵厂采用的是空压机并联运行，所以要考虑整个空压站的经济可靠运7、行发挥空压站的最大效率。根据具体恒压供气控制系统图结合贵厂实际工艺控制流程制作控制方案如下： 1号空压站控制系统图 2号空压站控制系统图控制说明：一台空压机可以满足实际用气压力时控制器只启动一台变频器由变频器根据实际压力闭环运行，当此台变频器达到工频运行后还不能满足压力需求时控制器自动加开一台变频器同样根据实际压力闭环运行，以此类推直至三台变频全部启动。相反当压力满足要求后变频器降低频率运行，低至一定值后控制器根据压力自动停掉其中一台空压机。此控制系统可以发挥空压机的最大效率，由于是恒压控制，空压机运行中既避免了系统压力达到设定值电机保持额定转速运行带来的低效率损耗，又彻底避免了系统压力高于设8、定值靠泄气来保持压力的无谓的能量损耗。此系统采用压力自动控制还可以避免操作工人的劳动强度，简化了操作工艺。1.6节能分析就2号空压站其中一台电机分析，系统原工频运行：空压机压力在0.62MPa，电机一天的平均额定电流为A；平均运行功率970KW。预计采用变频器运行后：压力基本在0.6MPa-0.65MPa，电机运行在43HZ左右就可以满足工艺需要，而此时电机功率输入预计在750KW。由此可知单台空压机一年按工作350天运行计算，则一年总节能：（970-750）*24*350= 184.8万度，节电率23%左右。 由于贵厂每天的用气量都与所不同导致每天开启的空压机台数及开停时间也不尽相同，所以无9、法精确计算出两个空压站每年的节电量；现只能就单台空压机单位时间内的节电量做出预测，按现在的运行方式开机台数越多节电空间越大。二、 高压变频调速系统技术简介2.1 HN-HV系列高压变频调速系统原理与结构2.1.1 系统原理HN-HV系列高压变频调速系统采用多个功率单元串联的形式。对于10kV系统每相九个单元串联，每个功率单元输出交流有效值Vo为640V，相电压为5760V，线电压为10000V。图21【电压叠加形成高压输出原理结构】2.1.2 功率单元结构功率单元主要由三相桥式整流桥、滤波电容器、IGBT逆变桥构成，同时还包括由功率器件驱动、保护、信号采集、光纤通讯等功能组成的控制电路。通过控10、制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形。每个电流大小相同的功率单元在结构及电气性能上完全一致，可以互换。图22【功率单元电路结构】 图23【单元输出PWM波形】2.1.3输入侧HN-HV系列高压变频调速系统在10kV电源侧采用多达54重化的整流技术，电网侧谐波污染小，功率因数高，无需功率因数补偿及谐波抑制装置，对同一电网上用电的其它电气设备不产生谐波干扰。2.1.4输出侧在输出侧由每个单元的L1、L2输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，由于采用多重化的正弦脉宽调制SPWM技术，输出谐波非常小，可消除叶片与轴承的振动，无需谐波抑制装置可直接适配各种电机。2.1.5控制器主控制部分采用专用D11、SP(数字信号处理器)加可编程逻辑器件为控制核心，实现SPWM波形控制及各种信号的检测、分析判断和处理。控制器中文显示，具备频率、电流、电压、故障等显示。控制电源采用两路电源自动切换技术，保证供电可靠性。另外，当控制电源掉电后，可由系统配备的UPS继续供电。主控制部分和单元控制部分通过光纤进行信号传输，可有效避免电磁干扰，增强系统的可靠性。2.2 HN-HV系列高压变频调速系统功能2.2.1启动方式HN-HV系列高压变频调速系统具有正常启动和软起动两种启动方式：正常启动方式：调速系统按正常方式启动后，闭环或开环运行于设定值。软启动方式：对于大功率电机，采用此调速系统对电机进行无冲击电流启动，启12、动完成后电机切换至工频电源，完成电机的软启动。2.2.2运行方式闭环控制：检测回路获得被控制量的实际值，与设定值比较，得到偏差信号。偏差信号经过PID调节来控制电机转速，调节被控制量，使之与设定值一致。开环控制：选择开环控制，频率控制信号由频率设定方式给定，输出按照负载特性设定的几种压频比曲线方式控制电机运行。2.2.3频率设定功能运行频率设定方式包括：工控机LCD触摸屏设定、控制柜电位器设定、外部420mA、020mA或010V、05V模拟信号输入给定、开关量频率升降给定、上位机给定等多种给定方式。2.2.4控制方式本地控制：利用系统工控机LCD触摸屏、控制柜上的按钮等就地控制。远方控制：系13、统提供数字和模拟输入接口，由DCS或上位机实现控制。2.2.5 参数设定功能可以设定转矩提升、U/f加速曲线以适应不同的负载情况,可以设定多达3个共振频率躲避区域,可以按现场情况需要设定电机保护参数、输出量功能定义设置等。2.2.6 故障报警与查询功能具有故障报警和故障查询功能，提高故障排除效率，为用户维护提供方便。2.2.7 运行状态记录与显示HN-HV系列高压变频调速系统具有自动记录运行状态和进行显示的功能，并对显示数据分类，方便日常维护。同时可通过串行通信与上位机连接，将运行状态信息上传到上位机，对记录数据进行分析、报表打印等。2.2.8 旁路功能工频旁路：当变频调速系统发生故障停机或对14、变频调速系统进行检修时，电动机直接接电网工频运行，以提高整个系统的适应能力，保证用户负荷的连续运行要求。单元旁路：HN-HV系列高压变频调速系统还设计有功率单元旁路功能。当某个单元发生单元过热、单元短路、单元充电等故障时，控制系统自动将该功率单元从系统切除，同时将与其同级不同相的其它两个单元切除，保证系统在一定的带载能力下继续运行。2.2.9 其他功能联动控制：HN-HV系列高压变频调速系统可以根据用户需要提供联动控制功能，控制生产流程中其他部件。编程运行：可以根据负载运行特性进行编程控制，实现最经济的运行方式。2.3 HN-HV系列高压变频调速系统产品特点 HN-HV系列高压变频调速系统适用15、于标准中高压（3kV，6kV，10kV）三相交流电动机，具有以下的特点：2.3.1 适用中国电网，抗电压波动能力强电网输入侧电压在1510范围内波动时，通过电压波动补偿算法来自动补偿输出，保证额定输出。网侧电压在 85额定值至105额定值内不停机，保证电机持续运行。2.3.2 软启动、无冲击电流HN-HV系列高压变频调速系统对电机进行软启动，具有线性和二次方曲线形式来控制电压频率比，每种曲线形式有多条曲线供用户选择。起动时间由用户设定，内部设有加速过流限速功能，以确保电机启动的冲击电流，保证电机的安全运行。启动过程自动搜索电机转速，不必保证电机停转，能够实现对电网和电动机无过流冲击的快速启动。2.3.3 智能化功能强加减速自适应功能，在启停机时间设定不当的情况下系统自动调整时间；双屏直观显示，具备虚拟示波器功能；精确的故障定位功能，实时监控，提高故障排除效率；接口丰富、形式多样，产品设计具有丰富的模拟和数字量I/O接口，内置PLC，与各种自动化设备和系统接口，满足各种现场不同的需求；远方频率给定信号具备断线报警和保护功能。2.3.4 控制电源高强度隔离技术在系统不合高压的情况下，就可进行整机调试。