一、方案设计
铝厂拟对现在运行中电机10kV 400kW  5万吨电解铝生产线的烟气净化系统进行高压变频改造，以达到节能和高自动化运转的目的。

针对此高压变频改造项目，武汉市通益电气有限公司通过对生产工艺流程、现场使用条件的充分调研和反复研讨、论证，认为采用武汉市通益电气有限公司生产的TYCHON系列高压变频器完全能满足要求，制定出如下技术方案，此方案具有以下特点：
1、优良的调速性能，可完全满足生产工艺要求；
2、良好的节能效果，可提高系统运行效率；
3、实现电机软启动，减小启动冲击，降低维护费用，延长设备使用寿命；
4、系统安全、可靠，确保负载连续运行；
5、控制方便、灵活，自动化水平高，可以灵活的扩充上位机，方便实现DCS控制；
6、纤小的设备体积，可以有效的缩小设备占地面积，便于集中控制。

变频节能改造效果分析表

二、对高压变频器的要求
除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大的经济损失，还有可能威胁到现场生产人员的人身安全；另外，调速系统工作的环境比较恶劣；同时除尘系统又周期性的振打收集铝粉。所以，和除尘风机配套的高压调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下：
1、要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障；
2、要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行；
3、调速范围要大，效率要高；
4、有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘震。

三、现场除尘风机及设备简介
除尘风机驱动电机为10kV 400kW。根据现场实际工况和运行数据，选用武汉市通益有限公司自主研发和生产，适合驱动高压异步电动机的变频器TYCHON-Y10/036，变频器的额定输出电流为36A，适配电机为400kW。

1、主要技术性能指标
² 额定容量：                 500kVA
² 适配电机功率：             400kW
² 额定电流：                 36A
² 额定输入电压：             10kV（-20%～+15%）
² 输入频率：                 45 - 55Hz
² 输入方式：                 30脉冲二极管全波整流输入
² 输出方式：                 每相9单元叠波正弦波脉宽调制输出
² 输入功率因数：              大于0.96（额定负载时）
² 效率（含变压器）：          大于96%（额定负载时）
² 输出频率：                  0 - 120Hz，0 - 100%连续可调
² 频率分辨率：                0.01Hz
² 过载能力：                  120%一分钟保护，150%立即保护
² 控制电源：                  双路供电，220VAC，1kVA
² 冷却方式：                  强制风冷
² 防护等级：                  IP30
² 总重：                      约3500kg
² 模拟量输入：                两路，0~10V/4~20mA，任意设定
² 模拟量输出：                两路，0~10V/4~20mA，可选
² 开关量输入输出：            24入/16出（可按用户要求扩展）
² 通讯接口：                  隔离RS485接口，MODBUS规约
² 运行环境温度：              0到40℃
² 贮存/运输温度：             -40到70℃
² 环境湿度：                  <90%（20℃时），不结露
² 安装海拔高度：              <1000米（超过1000米时，需降额运行）
² 运行参数自动记录和输出、自动故障记录、限流功能、输出电压自动调整功能、瞬时停电自动跟踪功能等。

2、高压变频器使用条件
² 拖动电机：三相10kV异步电动机
² 电网电压：10kV（-20%～+15%）
² 环境温度：0℃～40℃
² 海拔高度：<1000m（安装海拔大于1000米时，请降容使用，海拔每超出100米，降容额度为1%。）
² 相对湿度：<90%(20℃时)
² 安装环境：安装在相对洁净，无导电粉尘和腐蚀性气体的环境中。
² 控制电源：220VAC，容量≮1kVA

3、TYCHON变频器的主要优势及特点
本项目所选用的高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品质量保障措施、系统安全设计和服务方面，具有以下优势和特点：

(1)输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。无须滤波器和功率因数补偿，可直接驱动普通电机；

(2)系统控制电源采用220VAC和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠、操作更简便。其他产品一般采用柜内UPS供电，在柜内高温条件下，UPS电池寿命短、故障率高，且开、停机时，操作烦琐；

(3)冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电后运行。系统220V/AC控制电源容量仅需1kVA，且避免了冷却风机启、停时对控制系统的干扰；

(4)功率单元工作电源为高压开关电源，直接取自单元内部电容，避免了瞬时掉电对单元的影响；

(5)更适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为U_N+15～-20%，如6kV系列可稳定运行于6900V电压条件下；

(6)瞬时停电保护功能。当主电源失电后，变频器控制电机处于发电状态运行，为单元电容充电，并为单元控制电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。瞬时停电时间典型值为3秒（具体时间长短与负载的转动惯量大小有关）；

(7)限流功能。避免启动或负载突然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作；

(8)操作平台采用全中文Windows 2000系统，运行稳定，且易学易用；

(9)结构紧凑，体积小。与国内同容量产品相比，柜体宽度缩小0.6～1.0米；

(10)完善的上位控制功能。可与DCS系统实现通讯（采用标准MODBUS通讯规约）或I/O方式连接。

(11)主要器件均采用世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现100%的严格测试。各系列产品出厂前均完成100% 72小时以上负载测试记录，确保产品的可靠性。

(12)有较强的工程设计能力和沟通意愿，能根据用户现场条件和控制要求量身定做，及时满足用户的不同需求；

(13)功率单元模块化设计，可以互换，维护简单；

(14)二次接线模块化设计，现场接线简单，安装周期短。

五 、变频器改造后的经济效益
1、电机工频状态下的年耗电量计算：
Pd：电动机功率； U：电动机输入电压； I：电动机实际电流； cosφ：功率因数；
Cd：年耗电量。

计算公式：Pd＝ 1.732×U×I×cosφ

电机功耗：Pd＝ 1.732×U×I×cosφ＝ 1.732×10×21×0.83＝301.89 kW

日耗电量：301.89×24＝7245.36kWh

年耗电量：Cd＝7245.36×180＝1304164.8 kWh

变频状态下的年耗电量计算：

风机设备属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：

Q∝n ，H∝n²，P∝n³；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过风机数据，依据公式可依次求得风机在采用变频调速运行时对应的风机总功耗。

Cb：年耗电量值； T：年运行时间； Pb：电动机功率；η ：变频器效率（96%）

电机功耗：53%风门开度时风量约为额定风量的68%

Pb＝0.68³×400÷0.96＝131kW

日耗电量：131×24＝3144kWh

年耗电量：Cb＝3144×180＝565920kWh

年节电量：ΔC＝Cd－Cb＝1304164.8－565920＝738244.8kWh

节 电 率：ΔC/Cd＝738244.8÷1304164.8＝56.6%

若电价按0.47元/度，单台除尘风机的电机每年收益为：738244.8×0.47＝346975元。

2、投资回收周期及节能建议
（1）投资回收周期
变频设备按照105万元计算，若电价按0.5元/度，考虑设备在使用过程中不可预见情况，单台变频设备投资成本回收周期约为2.2年。由于采用高压变频器同时对电机实现软启动，减少电机损耗，很大程度减少电机的维护费用。

（2）节能建议
变频器所驱动的设备需要工作在一个良好的状态下。根据我们以往案例的经验，设备的老化、风道的阻塞、漏风会严重影响变频器的节能效果，所以，要定期对设备进行维护、清理阻塞、治理漏风以使变频器达到最佳节能效果

变频器要定期保养和维护，同时应对操作人员进行定期考核及培训，以免由于保养、维护或操作方面的失误造成变频器故障，致使变频器所驱动的设备工作于工频状态下，影响整体节能效果。

六、方案总结
变频改造后，节能是主要的，其次还能带来很多其他的效益.

变频调速器其良好的可靠性以及调速范围广且平滑能满足工艺要求，软启动，小的启动电流亦可以减少对电网的冲击。变频系统各种保护功能可靠，从而消除了因电机过载或单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行。减少了设备的维护和维修量，降低了维修费用。减少了调节阀门的开关次数，降低员工的劳动强度。改造后，精简了控制程序，使操作更加方便，提高了生产效率，从而达到了节能降耗的目的。其综合效益是特别明显的。