與調(diào)速!EMcA電機與控制應(yīng)用201037(4)28000空分循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速節(jié)能改造張慶忠,管仁麗,劉振(兗礦魯南化肥廠,山東膝州277527)摘要:通過ZNR系列智能高壓變頻器在化工行業(yè)28000m3/h空分循環(huán)水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用介紹了ZNR系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的配置與工作原理循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析控制器功能基本參數(shù)改造前后運行情況、改造效果等方面的內(nèi)容。分析后得出高壓變頻調(diào)速技術(shù)在泵類中的應(yīng)用具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益,為企業(yè)的節(jié)能降耗提供了借鑒經(jīng)驗,值得推廣。關(guān)鍵詞:智能高壓變頻器;循環(huán)水泵;節(jié)能中圖分類號:TM921.51文獻標識碼:A文章編號:16736540(2010)0400006High Voltage Variable Frequency Speed Regulation EnergySaving Reform of 28 000 Circulating WZHANG Qing-zhong, GUAN Ren-li, LIU Zheng(Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant, Tengzhou 277527, China)Through the application of ZNR series higcirculating pump energy-saving reform, a series of ZNR intelligent high-voltage VVVF system configuration and work-on of the transformation, the transformation effect of the content and so on were introduced. High voltage VVVF hasobvious economic and social benefits, provided experience, should be promoted.Key words intelligent high-voltage inverter: circulating water pump: energy saving0引言的便利,使之成為企業(yè)采用電機節(jié)能方式的首選。高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是20世紀9年代迅1改造方案速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù),主要過去冷卻水循環(huán)水泵均不調(diào)速,利用出口閥用于交流電動機的變頻調(diào)速,目前高壓電動機中門開度大小來控制水流量和管網(wǎng)壓力,由于設(shè)備拖動的負載近70%是風(fēng)機、泵類,其中一半適合的選擇均按最大負荷情況來選型,在實際運行中調(diào)速。從高壓變頻器的一般使用情況來看,平均設(shè)備留有較大的裕量,冷卻循環(huán)水的流量與壓力節(jié)電率可達30%,在技術(shù)改造項目中,高壓變頻是通過冷卻循環(huán)水泵出、入口管上的調(diào)節(jié)閥來進器的投入和使用,其節(jié)能效果顯著。高壓變頻器行調(diào)節(jié),造成電動機運行效率較低,電能浪費。為經(jīng)過多年的現(xiàn)場運行證明,其用于驅(qū)動風(fēng)機、泵類降低企業(yè)生產(chǎn)成本,經(jīng)過調(diào)研與比較決定選用上設(shè)備節(jié)電效果顯著,性能穩(wěn)定、可靠性高。既節(jié)約海衛(wèi)能能源科技有限公司生產(chǎn)的ZNR系列智能了能源,又滿足了生產(chǎn)工藝要求,且大大減少了設(shè)高壓變頻器對28000m3/h空分A,B’,C三臺循備維護、維修費用,直接和間接經(jīng)濟效益十分顯環(huán)水泵進行變頻調(diào)速節(jié)能改造,以解決能源浪費著。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益、高精確的調(diào)問題。ZNRA6H1250/06YA10型智能高壓變頻速精度、寬范圍的調(diào)速范圍、完善的電力電子保護器額定電壓為6kV,額定容量為1250kVA,6功能以及易于實現(xiàn)的自動通信功能得到了廣大級H橋級聯(lián)拓撲方式適配電機為異步電機,采用戶的認可和市場的確認,在運行的安全可靠、安用“一”字排列安裝形式,控制程序版本為A0裝使用維修維護等方面也給使用者帶來了極大型。電機巧控剝用2010.37(4)變頻與調(diào)速EMcA28000m3/h空分循環(huán)水系統(tǒng)要求運行可靠性高。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性,考慮到變頻用戶高壓開關(guān)柜調(diào)速系統(tǒng)退出運行后不影響生產(chǎn),確保循環(huán)水系變壓器柜統(tǒng)正常運行,結(jié)合實際運行狀況,設(shè)計為變頻器加裝工頻旁路裝置。當變頻器故障時,變頻器退出運行,可將電機直接手動切換到電源工頻情況下運行,恢復(fù)到原有系統(tǒng)運行方式?？?系統(tǒng)的配置與工作原理本制功率柜ZNR系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)“一”字布置,由旁路柜1面、變壓器柜1面、功率逆變柜和控制柜1面、連接電纜1套等組成,其中功率柜與控制柜合一。旁路柜:根據(jù)需要選用,圖1循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造主回路電氣原理圖該組件在系統(tǒng)故障情況下將電機切換至工頻電改變變頻器輸出頻率,調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。工藝DCS網(wǎng),執(zhí)行旁路功能。變壓器柜:裝有移相整流變壓控制室具有電機運行電流指示,運行狀態(tài)顯示,故器,為各個功率單元提供交流輸入電壓。功率柜障跳閘顯示,并具有DCS手操急停功能。高壓變和控制柜:裝有模塊化設(shè)計的多個功率單元級聯(lián)頻裝置本身具有功能完善的各項保護電源斷路器式的逆變主回路,向電機提供變頻調(diào)速之后的輸引人高壓變頻裝置保護聯(lián)鎖,在變頻裝置不具備運出電壓。裝有主控部件,控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的工行條件時電源斷路器不能合閘,同時在高壓變頻裝作并處理通過釆集獲得的數(shù)據(jù),具備各類數(shù)據(jù)通置故障跳閘后聯(lián)跳電源斷路器。循環(huán)水泵變頻調(diào)信和DCS控制接口功能。速節(jié)能改造控制回路電氣原理圖如圖2所示。高壓變頻系統(tǒng)配備旁路柜,工頻旁路由2個高壓隔離開關(guān)K1、K2組成,其中QF為用戶高壓3循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析開關(guān)柜原有高壓斷路器。變頻運行時,K1和K2當采用變頻調(diào)速時,可以按需要升降電機轉(zhuǎn)閉合,切換K2至變頻運行位置;工頻運行時,K1速改變水泵的性能曲線使水泵的額定參數(shù)滿足和K2閉合,切換K2至工頻運行位置。當高壓變工藝要求,根據(jù)水泵的相似定律,變速前后流量頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時控制器自動跳開QF,操壓力功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為:Q/Q2=N1/N2;作打開K,切換K2至工頻運行位置?？蓪㈦姍CH1/B2=(N/N2)2;P1/P2=(NN2)3,Q1、H1、P1轉(zhuǎn)切至工頻運行,此時變頻調(diào)速系統(tǒng)從高壓中隔為水泵在N轉(zhuǎn)速時的流量、壓力、功率;Q2、H2、離出來便于檢修維護和調(diào)試。為了實現(xiàn)變頻器P2為水泵在N2轉(zhuǎn)速時相似工況下的流量壓力、故障的保護,高壓變頻器對6kV開關(guān)QF進行聯(lián)功率。假如轉(zhuǎn)速降低一半,即:N2/N1=1/2,則鎖,一旦變頻器故障,變頻器跳開QF,工頻旁路時,P2/P,=1/8,可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率,達變頻器允許QF合閘撤消對QF的跳閘信號,使電到節(jié)能的目的。當轉(zhuǎn)速由M降為N2時,水泵的機能正常通過QF合閘工頻起動。循環(huán)水泵變頻額定工作參數(shù)QH、P都降低了,但效率值基本是調(diào)速節(jié)能改造主回路電氣原理圖如圖1所示一樣的。也就是說當轉(zhuǎn)速降低時額定工作參數(shù)ZNR系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有強大相應(yīng)降低但效率不會降低,有時甚至?xí)岣?。因的自動控制和通信功能高壓變頻裝置投運后電此在滿足操作要求的前提下,風(fēng)機仍能在同樣甚機運行方式以變頻運行為主,裝置具備手動旁路至更高的效率下工作。降低了轉(zhuǎn)速,流量就不再功能,在變頻裝置出現(xiàn)故障后,可以旁路工頻運用關(guān)小閥門來控制閥門始終處于全開狀態(tài)避行。高壓變頻裝置現(xiàn)場電控箱可以實現(xiàn)變頻器的免了由于關(guān)小閥門引起的壓力損失增加,也就避起動停止,具有運行、停止指示,及電機電流電免了總效率的下降確保了能源的充分利用機轉(zhuǎn)速顯示,可以根據(jù)負荷情況調(diào)節(jié)現(xiàn)場電位器工頻50Hz電網(wǎng)直接起動,對電網(wǎng)和機械31變頻與調(diào)速·EMcA電機控利用2010.37(4)高壓合閘允許(至開關(guān)柜業(yè)數(shù)用戶高壓開關(guān)狀態(tài)信號輸入(常閉)跳閘信號(聯(lián)跳開關(guān))跳閘信號(至DCS)電機電流信號輸出輕故障信號(全綜保)益一輸出頻率信號輸出運行狀態(tài)停止狀態(tài)頻率控制信號輸入熱風(fēng)機交流電源+220V髙壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)控制器系統(tǒng)直流電源外部控制輸入測量光纖通信6kV高壓電纜至斷路器至高壓電機連接電纜uvw)圖2循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造控制回路電氣原理圖沖擊較大,聲響很大,起動一次的損耗電能高。而卻水輸入冷卻器而循環(huán)使用,由于系統(tǒng)水位基本變頻軟起動損耗很小,只有上述損耗電能的1/10,上穩(wěn)定,故循環(huán)水泵的揚程也基本穩(wěn)定,而其容量則毎年的起動節(jié)能也是很可觀的。當采用變頻調(diào)按計算水量確定。循環(huán)水泵隨機組長期連續(xù)運速,50z滿載時功率因數(shù)接近于1,工作電流比行。由于機組負荷經(jīng)常變化,需要及時調(diào)整循環(huán)電機額定電流值要低很多,這是由于變頻裝置的水流量,以保證機組的安全經(jīng)濟運行。在正常運內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用,可以為行工況,5臺循環(huán)水泵運行3臺,另2臺循環(huán)水泵電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。備用。即使在同一負荷的情況下,不同的外部環(huán)4循環(huán)水泵參數(shù)和工況境也使得循環(huán)水流量的需求不同。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對循環(huán)水泵進行調(diào)速控制,從而28000m3/h空分5臺循環(huán)水泵的參數(shù)相同,既保證和改善運行工藝,又可達到節(jié)能降耗的目水泵為濟南奔騰泵業(yè)有限公司生產(chǎn)BTOW600-的。710型,額定轉(zhuǎn)速970r/min,效率85%,供水6000m3/h,揚程50m。拖動循環(huán)水泵的三臺電5控制器功能基本參數(shù)動機為YKK56036型,額定功率1120kW,額定ZNR系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)正式投入電壓6kV額定電流124.6A,功率因數(shù)為087,運行前請仔細檢查表12所述內(nèi)容是否正確設(shè)額定轉(zhuǎn)速992.2r/min,F級絕緣,繞組Y接,哈爾置。ZNR系列智能髙壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制器功濱電機廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)能基本參數(shù)如表12所示A',B',C,D,E5臺循環(huán)水泵采用閉式循6改造前后運行情況環(huán)水系統(tǒng),補給水是經(jīng)化學(xué)弱酸陽離子交換器處理后的軟化水。循環(huán)水泵采用單元制供水系統(tǒng)本次只對5臺并聯(lián)水泵中的3臺進行改造,即每臺機組配1座冷卻塔,1條壓力循環(huán)水管,1正常運行工況為3臺變頻。由于季節(jié)及晝夜溫度條雙孔自流水溝和1臺循環(huán)水泵。冷卻水塔采用的差別使得變頻系統(tǒng)的運行有著特殊性管網(wǎng)總風(fēng)筒式逆流自然通風(fēng)冷卻塔通風(fēng)筒為雙曲線旋出口的壓力取決于2臺并聯(lián)水泵各自的出口壓轉(zhuǎn)殼。在循環(huán)供水系統(tǒng)中由循環(huán)水泵實現(xiàn)水資力,從而決定了變頻泵不可能在太低的頻率下運源的循環(huán)利用。經(jīng)熱交換后的熱水進入冷卻設(shè)施行,否則會引起倒流或不出水的情況。另一方面進行冷卻使其水溫降至允許值然后又重復(fù)將冷太低的頻率會導(dǎo)致整體壓力下降,達不到循環(huán)水電機與控剝用2010.37(4)變頻與調(diào)速EI表1ZNR智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制器功能基本參數(shù)用戶設(shè)參數(shù)功能名稱設(shè)定范圍出廠值單位定值0:允許修改F0O數(shù)據(jù)保護1:不許修改頻率設(shè)定方式0:模擬量1:開關(guān)量FU2運行(停止)設(shè)定方式保留(“就地/遠方”轉(zhuǎn)換開關(guān)控制)F03最高輸出頻率50.00-120.00基本頻率05額定線電壓3.0~10.5F6最高輸出電壓3.0-10.5加速時間0.1-3000.0減速時間0.1-3000.020.020.00:直線轉(zhuǎn)矩提升曲線選擇1:二次曲線轉(zhuǎn)矩提升補償值上限頻率下限頻率0.00-120.00%肛F13最高模擬輸入頻率0.00~120.00F4最低模擬輸人頻率5.F15起動頻率起動頻率保持時間0.1-100.05.0F17停止頻率1.000開關(guān)量輸入通道1模式B01開關(guān)量輸入通道2模式00002開關(guān)量輸入通道3模式開關(guān)量輸出通道1模式17開關(guān)量輸出通道2模式0-31開關(guān)量輸出通道3模式0-31模擬量輸出通道1模式0-3100000E33模擬量輸出通道2模式03l0跳躍頻率10.00-120.0.000.01跳躍頻率20.00~120.000.0l02跳躍頻率30.00~120.000.01跳躍幅值0.00-30.000.01PO電動機極對數(shù)動機容量1004000電動機額定電流0.0-250.0電動機空載電流0.0-3010A36.0變頻與調(diào)速·EMcA電機控剝用2010.37(4)表2ZNR智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制器功能基本參數(shù)用戶設(shè)參數(shù)功能名稱設(shè)定范圍出廠值單位代碼定值0:用戶設(shè)置數(shù)據(jù)恢復(fù)到出廠設(shè)定值1:出廠默認設(shè)置H轉(zhuǎn)矩矢量模式設(shè)定方式02備用H2瞬停再起動設(shè)定方式0:不起動1:起動0:該保護退出H0電機過載反時限保護投人0-11:該保護投人H08電機過載反時限時間常數(shù)0.5~15.0H0電機過載定時限保護投入0:該保護退出1:該保護投入電機過載定時限預(yù)警電流10096-120%電機過載定時限預(yù)警時間0.0-150.00:該保護退出零序過壓保護投入1:該保護投入0:顯示運行頻率1:顯示電壓值H6LED監(jiān)視選擇2:顯示電流值3:顯示功率H7LCD顯示對比度0:不投入A00單元旁路功能1:投入系統(tǒng)總體的揚程要求,處于工頻定速運行的水泵率41.55Hz,輸人電流67.6A;3月27日13:00也易導(dǎo)致過流發(fā)生。根據(jù)以往的運行實踐經(jīng)驗,頻率41.55Hz,輸入電流677A;3月27日14:00在工頻泵與變頻泵同進運行的情況下,使變頻泵頻率41.55Hz,輸入電流677A;最低的頻率保持在38Hz以上,在變頻泵單獨運變頻運行時,平均電流l2=663A,功率因行時,變頻器可以根據(jù)需要在5~45Hz范圍內(nèi)調(diào)數(shù)cosg2=0.98。節(jié)(變頻泵調(diào)節(jié)的頻率必須滿足水泵出口壓力最低要求),這樣既可以滿足運行需要又可對出水7改造效果量進行連續(xù)調(diào)節(jié)。(1)變頻改造前后的節(jié)能計算。(1)工頻(50H)運行時輸人電壓6kV輸入假設(shè)全年運行時間為330天,根據(jù)本廠上網(wǎng)電流如下3月27日1430輸入電流103.8A3月電價可知變頻改造后每年節(jié)省用電=(l1cosq27日21:35輸入電流1064A3月28日8:00輸2cosg2)×6×1.732×24×330=1449434入電流105.2A;3月28日21:00輸入電流kWb。每年節(jié)省電費=1449434kWh×0.51048A;3月29日6:25輸入電流104.1A;元/kWh=72.5萬元。由41Hz運行計算知,每年工頻運行時,平均電流l1=104.86A,功率可以節(jié)電約l449434kWh,節(jié)省電費約725萬因數(shù)cosq1=0.85。元,不到2年時間即可收回全部投資。變頻運行(2)變頻運行時輸入電壓6kV,運行頻率時節(jié)電率可達到40%。據(jù)統(tǒng)計,設(shè)備運行頻率在和輸入電流數(shù)據(jù)為:3月27日11:00頻率40Hz就可以達到工藝要求的出水壓力,而春、4155Hz,輸入電流67.5A;3月27日12:00頻冬、秋三個季節(jié)設(shè)備完全可以在35Hz運行,故節(jié)電機巧控刺起雨201037(4)變頻與調(diào)速EMcA電率可達到50%左右。Hz,保證了循環(huán)水的正常溫度。循環(huán)水泵在采用(2)變頻改造后的優(yōu)點。首先電源側(cè)功率ZNR智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行變頻技術(shù)改造因數(shù)提高,原電機直接由工頻驅(qū)動時功率因數(shù)為后,取得了明顯的節(jié)電效果,并獲得了很好的經(jīng)濟0.80~0.86,采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)后電源側(cè)的效益和社會效益,為電廠高壓電機的節(jié)能改造積功率因數(shù)可提高到0.95以上,可減少大量無功,累了豐富的經(jīng)驗。高壓變頻調(diào)速在廠用電系統(tǒng)的進一步節(jié)約了上游設(shè)備的運行費用;其次,循環(huán)水大面積采用,將大大促進電廠廠用電率的降低,成泵采用變頻調(diào)速后,由于通過降低電機水泵轉(zhuǎn)速為電力企業(yè)節(jié)能降耗的亮點。隨著我國工業(yè)的快實現(xiàn)節(jié)能,電機、水泵轉(zhuǎn)速降低,管網(wǎng)壓力降低輔速發(fā)展,變頻器的使用越來越廣泛。高壓變頻調(diào)助設(shè)備如軸承、閥門等磨損大大減少,設(shè)備運行與速器經(jīng)過多年的現(xiàn)場運行證明,其用于驅(qū)動風(fēng)機、維護費用下降維護周期可加長,設(shè)備運行壽命延泵類設(shè)備節(jié)電效果顯著性能穩(wěn)定、可靠性高。既長;另外,采用高壓變頻調(diào)速后,電機實現(xiàn)了軟起節(jié)約了能源,又滿足了生產(chǎn)工藝要求,且大大減少動起動電流不超過電機額定電流的1.2倍,避免了設(shè)備維護維修費用,直接和間接經(jīng)濟效益十分了全壓起動對電網(wǎng)和電動機的沖擊,降低了電動顯著。機的故障率,延長了電動機使用壽命,維護周期增長,電機檢修費用可大幅降低?！緟⒖嘉墨I】結(jié)語[1]方大千.節(jié)能計算手冊[M].北京:電力工業(yè)出版社,2006設(shè)備改造工程于2008年11月完成,高壓變收稿日期:20090803頻器一次試車成功,運行正常,運行頻率約為40(上接第5頁)極,60Hz,460V三相籠型電動機為例:的滯后等原因,落后于先進國家和相關(guān)國際標準U4(n)=S(n)×100=0.016%本文分析的試驗系統(tǒng),自動化程度和穩(wěn)定性高性其中:7(%)=92.64;S(η)(%)=0.05066;能優(yōu)良,測量的不確定度達到優(yōu)于0.4%,主要技S(n)(%)=0.016。術(shù)指標國內(nèi)領(lǐng)先,達到國際先進水平,具有良好的推廣價值,主要應(yīng)用于電機生產(chǎn)制造企業(yè)、電機相4(p1(∑2Un()月=00%關(guān)的專業(yè)實驗機構(gòu)等。其中:U(P1)=31.4W;U(ΣP)=10.2W;【參考文獻】P1=12230W;∑P=909.4W。合成不確定度為:[1] IEC 60034-2-1, Rotating electrical machines-Part2-1encyUc(7)(n)+U(n)=0.0875%from tests( excluding machines for traction vehicles系統(tǒng)擴展不確定度為:[S].2007U=2Uc(n)=0.17%,k=2結(jié)論:η(%)=(效率測試值土U)(%)=phase induction motors and generators[ S ].2004(92.64±0.17)%,k=2。[3]林渭勛現(xiàn)代電力電子電路[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,20064結(jié)語[4]劉勝利現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002目前國際上先進國家對電機效率的低不確定收稿日期:20100228度測試方法及測試系統(tǒng)的研究已進入到相當成熟的階段在我國局限于測試技術(shù)及相關(guān)測試標準35