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中小容量高压电机降压变频改造技术与成套设备

一、适用范围:
    本技术和成套设备适用于容量在600kW以下的高压电机变频改造。由于我国现行电压等级缺陷和该容量段变频器价格畸高,形成了中小容量高压电机变频改造的死角。本技术和设备从根本上解决该容量段变频改造投资大、可靠性差等难题,使改造发挥最大节能效益,并可扩展至更大容量范围。 
二、性价优势:
    1、降低造价30~50%,大幅度降低投资回收年限;
    2、降低运行与维护难度,减少维护费用50%以上;
    3、提高设备可靠性30~100%以上,显著延长包括电机在内的系统使用寿命;
    4、有效阻断高次谐波污染,电源侧电压总谐波≯2%;
    5、最佳设备匹配,系统效率≥96%;电源侧功率因数≥0.94;
    6、利用原电机,不必改变基础;整机占地小并可分置,布置灵活。
三、技术原理
    由于IGBT模块耐压能力所限,目前所有高压变频器均为5级以上IGBT功率单元串联并配以二次多绕组移项变压器结构。这样带来两个问题:第一,由于该模块制造技术仅掌握在几个国家手里,其价格是变频器成本的主要部分,且600kW以下模块价格已无变化,因此,该容量段高压变频器价格畸高;第二,由于多功率单元和相互匹配带来较高故障概率,要求高压变频器各元器件品质和制造技术水平相当高,致使国产品牌受到制约,可靠性不及国外品牌,高压变频器及其备件的价格居高不下,国外产品充斥市场。
    本方案选用价格低、可靠性高的低压变频器,同时对电动机进行降压改造和增设变压器,组成新的标准低压供用电系统,彻底解决上述问题。
    采用本方案后,虽然增加了变压器和电机改造费用,但由于采用仅为高压变频器价格10~20%的低压变频器,使系统实际造价大幅度降低,并且其性能指标、节能效果、系统复杂程度、占地等相同或优于高压变频器;尤其是还将带来如下好处:
    1、变频器核心器件减少80%以上,有效降低器件本身和相互匹配故障概率;
    2、由于变频器价格低廉,对于可靠性要求高的场合可以采用我们的“冗余配置、备机跟踪、瞬间切投”技术,在变频器故障时不停机切换至备用机,使可靠性和系统寿命成倍提高;
    3、由于电机为高等级绝缘、占空比高、冷却条件好,使电机寿命和效率大幅度提高; 
    4、由于供用电系统降为低压等级,使备品备件费用、运行维护难度大幅度降低。
四、技术关键
    1、优化设备配置,包括特殊变压器定制、最佳匹配选型、冗余配置设计等,达到最优性能、最高可靠性、最小谐波污染、最低造价;
    2、最优性能电机降压改造,包括优选电压等级(380、690、1140V)、改接线、改绕组、增容等多种定制方案;
    3、优化负载系统和运行方式,达到最大直接和间接经济效益;
    4、“冗余配置、在线备用、转速追踪、瞬间切投”技术和设备。
五、设备组成及与高压变频器比较
    1、设备组成
    成套设备包括定制的降压变压器、变频器及控制一体柜、电机降压改造(参见附图:b)。变压器可根据需要和资金情况定制干式或油浸变压器;电机改造方案视具体电机结构、级数等可采用现场改接线或重新下线等多种形式;变频器是否冗余配置要根据生产过程的连续性要求和原备用方式情况确定。
    2、与同类高压变频器设备组成的比较
    由附图可见,对应高压变频器的设备组成(参见附图:a),由于本成套设备中的变压器可室外布置以及变频器只由单功率模块构成,所以整机占地大幅度减小,布置十分灵活。
六、典型业绩及实施方案
    吉林省洮南市热电有限公司锅炉给水系统两套、引风机系统两套(冗余配置);吉化集团动力厂灰浆泵系统变频改造;吉林热电厂2号灰渣泵变频改造等。具体实施方案和应用情况可另行提供。
七、技术与成套设备提供单位
    单 位:江苏电力大学动力工程研究所、江苏世爵科技有限公司
    地 址:江苏省常州市金坛市 邮编:122511
    公司主页:http://www.kaiyuangongsi.com或http://www.0432000.com
    联系方式:0432-6180502(办)、6180333(传真)
    联 系 人:王金铭(13904412353、wjm@kaiyuangongsi.com)

附图:降压变频改造成套设备与高压变频器设备的比较

a、高压变频器设备组成:

b、降压变频改造成套设备组成:

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