28 000空分循環(huán)水泵高壓變頻調速節能改造

變頰與調速! EMCA電機與控制應用2010.37 (4)28 000空分循環(huán)水泵高壓變頻調速節能改造張慶忠，管仁麗，劉振(兗礦魯南化肥廠(chǎng),山東滕州277527)摘要:通過(guò)ZNR系列智能高壓變頻器在化工行業(yè)28 000 m'/h空分循環(huán)水泵節能改造中的應用，介紹了ZNR系列智能高壓變頻調速系統的配置與工作原理、循環(huán)水泵變頻調速節能分析、控制器功能基本參數、改造前后運行情況改造效果等方面的內容。分析后得出高壓變頻調速技術(shù)在泵類(lèi)中的應用具有明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益.為企業(yè)的節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;節能中圖分類(lèi)號: TM 921.51文獻標識碼:A 文章編 號:1673-6540( 2010)040030-06High Voltage Variable Frequency Speed Regulation EnergySaving Reform of 28 000 Circulating Water PumpZHANG Qing-zhong，CUAN Ren-li，LU Zheng( Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant, Tengzhou 277527, China)Abstract: Through the application of ZNR series highvolage inverter industry in 28 000 m/h air separationcirculating pump energy-saving reform, a series of ZNR intelligent high-voltage VVVF system configuration and work-ing principle, circulating pump energy analysis, the contoller functin basic parameters, before and after the opera-tion of the transformation, the transformation efect of the content and so on were intoduced. High voltage VVVF hasobvious economic and social benefits, provided experience, should be promoted.Key words: itelligent high-voltage inverter; circulating water pump; energy saving的便利,使之成為企業(yè)采用電機節能方式的首選。0引言高壓交流變頻調速技術(shù)是20世紀90年代迅1改造方案速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力傳動(dòng)調速技術(shù),主要過(guò)去冷卻水循環(huán)水泵均不調速,利用出口閥用于交流電動(dòng)機的變頻調速,目前高壓電動(dòng)機中門(mén)開(kāi)度大小來(lái)控制水流量和管網(wǎng)壓力,由于設備拖動(dòng)的負載近70%是風(fēng)機、泵類(lèi),其中一半適合的選擇均按最大負荷情況來(lái)選型,在實(shí)際運行中調速。從高壓變頻器的- -般使用情況來(lái)看,平均設備留有較大的裕量,冷卻循環(huán)水的流量與壓力節電率可達30%，在技術(shù)改造項目中,高壓變頻是通過(guò)冷卻循環(huán)水泵出、人口管上的調節閥來(lái)進(jìn)器的投人和使用,其節能效果顯著(zhù)。高壓變頻器行調節,造成電動(dòng)機運行效率較低,電能浪費。為經(jīng)過(guò)多年的現場(chǎng)運行證明,其用于驅動(dòng)風(fēng)機泵類(lèi)降低企業(yè)生產(chǎn)成本,經(jīng)過(guò)調研與比較,決定選用上設備節電效果顯著(zhù),性能穩定、可靠性高。既節約海衛能能源科技有限公司生產(chǎn)的ZNR系列智能了能源,又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求，且大大減少了設高壓變頻器對28 000 m'/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(jìn)行變頻調速節能改造,以解決能源浪費著(zhù)。變頻調速以其顯著(zhù)的節能效益、高精確的調問(wèn)題。ZNR-A6H 1 250/06YA10型智能高壓變頻速精度、寬范圍的調速范圍、完善的電力電子保護器,額定電壓為6 kV,額定容量為1250 kVA, 6功能，以及易于實(shí)現的自動(dòng)通信功能,得到了廣大級H中國煤化工為異步電機,采.用戶(hù)的認可和市場(chǎng)的確認,在運行的安全可靠、安用“IYHC NM H G序版本為A10裝使用、維修維護等方面,也給使用者帶來(lái)了極大型。一30一電機與控制應用2010,37 (4)變頻與調速' EMCA28 000 m'/h空分循環(huán)水系統要求運行可靠6kV性高。為了充分保證系統的可靠性,考慮到變頻用戶(hù)高壓開(kāi)關(guān)柜調速系統退出運行后不影響生產(chǎn),確保循環(huán)水系變壓器柜統正常運行,結合實(shí)際運行狀況,設計為變頻器加裝工頻旁路裝置。當變頻器故障時(shí),變頻器退出B匹C-當運行,可將電機直接手動(dòng)切換到電源工頻情況下旁路運行,恢復到原有系統運行方式。柜控制2系統的配置與工作原理功率柜ZNR系列智能高壓變頻調速系統的主體結構“一”字布置,由旁路柜1面、變壓器柜1面、功四率逆變柜和控制柜1面、連接電纜1套等組成,其圖1循環(huán)水泵 變頻調速節能改造主回路電氣原理圖中功率柜與控制柜合- -。旁路柜:根據需要選用，該組件在系統故障情況下將電機切換至工頻電改變變頻器輸出頻率,調節電機轉速。工藝DCS網(wǎng)，執行旁路功能。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(gè)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:裝有模塊化設計的多個(gè)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,控制變頻調速系統的工行條件時(shí)電源斷路器不能合閘,同時(shí)在高壓變頻裝作并處理通過(guò)采集獲得的數據,具備各類(lèi)數據通置故障跳閘后聯(lián)跳電源斷路器。循環(huán)水泵變頻調信和DCS控制接口功能。速節能改造控制回路電氣原理圖如圖2所示。高壓變頻系統配備旁路柜,工頻旁路由2個(gè)3循環(huán)水泵變頻調速節能分析高壓隔離開(kāi)關(guān)K,.K2組成，其中QF為用戶(hù)高壓開(kāi)關(guān)柜原有高壓斷路器。變頻運行時(shí),K和Kz當采用變頻調速時(shí),可以按需要升降電機轉閉合，切換K2至變頻運行位置;工頻運行時(shí), K,速,改變水泵的性能曲線(xiàn),使水泵的額定參數滿(mǎn)足和K2閉合,切換K,至工頻運行位置。當高壓變工藝要求,根據水泵的相似定律,變速前后流量、頻調速系統出現故障時(shí),控制器自動(dòng)跳開(kāi)QF,操壓力、功率與轉速之間的關(guān)系為:Q/Q2 = N/N2;作打開(kāi)K,,切換Kz至工頻運行位置?？蓪㈦姍CH/H2 =(N,/N2)*;P,/P2= (N/N2) ,Q, .HP轉切至工頻運行,此時(shí)變頻調速系統從高壓中隔為水泵在N,轉速時(shí)的流量、壓力、功率;Q2、H2、離出來(lái),便于檢修、維護和調試。為了實(shí)現變頻器P2為水泵在N2轉速時(shí)相似工況下的流量、壓力、故障的保護,高壓變頻器對6 kV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)功率。假如轉速降低- -半, 即:N/N, =1/2,則鎖,一旦變頻器故障,變頻器跳開(kāi)QF,工頻旁路時(shí),P2/P, = 1/8,可見(jiàn)降低轉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,使電到節能的目的。當轉速由N,降為N2時(shí),水泵的機能正常通過(guò)QF合閘工頻起動(dòng)。循環(huán)水泵變頻額定工作參數Q、H .P都降低了,但效率值基本是調速節能改造主回路電氣原理圖如圖1所示。一樣的。也就是說(shuō)當轉速降低時(shí),額定工作參數ZNR系列智能高壓變頻調速系統具有強大相應降低,但效率不會(huì )降低,有時(shí)甚至會(huì )提高。因的自動(dòng)控制和通信功能,高壓變頻裝置投運后,電此,在滿(mǎn)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(dòng)旁路至更高的效率下工作。降低了轉速,流量就不再功能，在變頻裝置出現故障后,可以旁路工頻運用關(guān)小閥門(mén)來(lái)控制,閥門(mén)始終處于全開(kāi)狀態(tài),避行。高壓變頻裝置現場(chǎng)電控箱可以實(shí)現變頻器的免了中國煤化工夫增加,也就避起動(dòng)、停止,具有運行停止指示,及電機電流、電YHCNMHG充分利用。機轉速顯示,可以根據負荷情況調節現場(chǎng)電位器工頻50Hz電網(wǎng)直接起動(dòng),對電網(wǎng)和機械-31一變頻與調速，EMCA電機與控制應用2010,37 (4)高壓合閘允許(至開(kāi)關(guān)柜)=用戶(hù)高壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號輸入(常閉)跳閘信號(聯(lián)跳開(kāi)關(guān)):用用用用 用0-00. 電機電流信號輸出跳閘信號(至DCS)輕故障信號(全綜保):.輸出頻率信號輸出運行狀態(tài):- 頻率控制信號輸入停止狀態(tài)通信接口(可選)+220 V高壓變頻調速控制系統白ACOOI散熱風(fēng)機交流電源x30VBW控制器系統直流電源外部控制輸入控制與↑1.測量光纖通信6kV高壓電纜至斷路器二串$患B至高壓電機連接電纜，|u1,VI,WI)UvM圖2循環(huán)水泵變頻調速節能改造控制回路電氣原理圖沖擊較大,聲響很大,起動(dòng)- -次的損耗電能高。而卻水輸人冷卻器而循環(huán)使用,由于系統水位基本變頻軟起動(dòng)損耗很小,只有上述損耗電能的1/10，上穩定 ,故循環(huán)水泵的揚程也基本穩定,而其容量則每年的起動(dòng)節能也是很可觀(guān)的。當采用變頻調按計算水量確定。循環(huán)水泵隨機組長(cháng)期連續運速,50Hz滿(mǎn)載時(shí)功率因數接近于1,工作電流比.行。由于機組負荷經(jīng)常變化,需要及時(shí)調整循環(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。在正常運內濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數的作用,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)節約容量20%左右。備用。即使在同-負荷的情況下,不同的外部環(huán)境也使得循環(huán)水流量的需求不同。利用高壓變頻4循環(huán)水泵參數和工況器根據實(shí)際需要對循環(huán)水泵進(jìn)行調速控制,從而28 000 m'/h空分5臺循環(huán)水泵的參數相同,既保證和改善運行工藝,又可達到節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,額定轉速970 r/min, 效率85%，供水5控制器功能基本參數6 000 m'/h,揚程50 m。拖動(dòng)循環(huán)水泵的三臺電動(dòng)機為YKK56036型,額定功率1120 kW,額定ZNR系列智能高壓變頻調速系統正式投入電壓6 kV,額定電流124.6 A,功率因數為0.87，運行前 ,請仔細檢查表1、2所述內容是否正確設額定轉速992.2 r/min,F級絕緣繞組Y接,哈爾置。ZNR系列智能高壓變頻調速系統控制器功濱電機廠(chǎng)有限責任公司生產(chǎn)。能基本參數如表1.2所示。A",B",C* ,D",E"5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,補給水是經(jīng)化學(xué)弱酸陽(yáng)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，本次只對5臺并聯(lián)水泵中的3臺進(jìn)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的運行有著(zhù)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(xiàn)旋出口的壓力取決于2臺并聯(lián)水泵各自的出口壓轉殼。在循環(huán)供水系統中,由循環(huán)水泵實(shí)現水資力,從中國煤化工低的頻率下運源的循環(huán)利用。經(jīng)熱交換后的熱水進(jìn)人冷卻設施行,否.MCH見(jiàn)。另-方面，進(jìn)行冷卻,使其水溫降至允許值,然后又重復將冷太 低的CNM HC達不到循環(huán)水--32-電機與控制應用2010,37 (4)變頰與調速‘EMCA表1 ZNR 智能高壓變頻調速系統控制器功能基本參數功能用戶(hù)設參數功能名稱(chēng)設定范圈出廠(chǎng)值單位代碼定值0:允許修改FO0O數據保護01:不許修改0:模擬量FOI頻率設定方式0-1:開(kāi)關(guān)量保留("就地/遠方"轉FO2運行(停止)設定方式0-1換開(kāi)關(guān)挖制)F03最高輸出頻率50.00 ~ 120.0060.00iz50.00F04基本頻率25.00 ~ 100.00HzFOS額定線(xiàn)電壓3.0~10.56..0F06最高輸出電壓6.0FO7加速時(shí)間0.1~3 00.020.20.0FO8臧速時(shí)間0.0r09轉矩提升曲線(xiàn)選擇0:直線(xiàn)1:二次曲線(xiàn)F10轉矩提升補償值11上限頻率0.00~ 120.0050.0F12下限頻率.00F13最高模擬輸人頻奉F14最低模擬輸人頻率5.005.0F15起動(dòng)頻率0. 10-10.00F16起動(dòng)頻率保持時(shí)間0.1-100.0?17停止頻率0. 10-6.001.0EDOO開(kāi)關(guān)量輸入通道I模式0-31EO1開(kāi)關(guān)量輸人通道2模式;F02開(kāi)關(guān)量輸人通道3模式E16開(kāi)關(guān)量輸出通道1模式.E17開(kāi)關(guān)量輸出通道2模式E18開(kāi)關(guān)量輸出通道3模式E32模擬量輸出通道1模式;E33模擬量輸出通道2模式，跳躍頻率10.00-120.000.000.01∞01跳躍頻率2.0.00 -120.00002跳躍頻率30.00~120.00C03跳躍幅值0.00 ~30.00電動(dòng)機極對數1-2P01電動(dòng)機容量100~4 000中國煤化工1 120p0203電動(dòng)機額定電流0.0-250.0MHCNMHG124.6電動(dòng)機空載電流0.0-30.036.0-33一變頻與調速, EMCA電機與控制應用2010,37 (4)表2 ZNR 智能高壓變頻調速系統控制器功能基本參數功能用戶(hù)設參敷功能名稱(chēng)設定范圍出廠(chǎng)值單位代碼定值0:用戶(hù)設置H0O數據恢復到出廠(chǎng)設定值0-11:出廠(chǎng)默認設置01轉矩矢量模式設定方式備用0:不起動(dòng)H02瞬停再起動(dòng)設定方式)-11:起動(dòng)HO7電機過(guò)載反時(shí)限保護投入0:該保護退出01:該保護投入H08電機過(guò)載反時(shí)限時(shí)間常數0.5~15.03.0H09電機過(guò)載定時(shí)限保護投入2-1電機過(guò)載定時(shí)限預警電流100%6 -120%10%0SH11電機過(guò)載定時(shí)限預警時(shí)間0.0~ 150.030.0H12零序過(guò)壓保護投入0:顯示運行頻率H16LED監視選擇)-31:顯示電壓值2:顯示電流值3:顯示功率H17LCD顯示對比度1220:不投入單元旁路功能1:投入系統總體的揚程要求,處于工頻定速運行的水泵率41.55 Hz,輸人電流67.6 A;3月27日13:00也易導致過(guò)流發(fā)生。根據以往的運行實(shí)踐經(jīng)驗，頻率41.55 Hz ,輸人電流67.7 A;3月27日14:00在工頻泵與變頻泵同進(jìn)運行的情況下,使變頻泵頻率41.55 Hz,輸人電流67.7 A;最低的頻率保持在38 Hz以上,在變頻泵單獨運變頻運行時(shí),平均電流12 =67.63 A ,功率因行時(shí),變頻器可以根據需要在5~45Hz范圍內調數cos 4z =0. 98。節(變頻泵調節的頻率必須滿(mǎn)足水泵出口壓力最7改造效果低要求) ,這樣既可以滿(mǎn)足運行需要,又可對出水量進(jìn)行連續調節。(1)變頻改造前、后的節能計算。(1)工頻(50 Hz)運行時(shí)輸人電壓6kV,輸入假設全年運行時(shí)間為330天，根據本廠(chǎng)上網(wǎng)電流如下:3月27日14:30輸人電流103.8 A;3月電價(jià),可知變頻改造后每年節省用電=(4 cos中I-27日21:35輸人電流106.4A;3月28日8:00輸.I2 cos42) x6 x1.732 x24 x330 = 144 943 4入電流105.2A;3月28日21:00輸人電流kWh。每年節省電費= 144 943 4 kWh x0. 5104.8A;3月29日6:25輸人電流104.1 A; .元/kWh =72.5萬(wàn)元。由41 Hz運行計算知,每年工頻運行時(shí),平均電流1 =104.86 A ,功率可以節電約1449434kWh,節省電費約72.5萬(wàn)因數cos P, =0. 85。元,不到2年時(shí)間即可收回全部投資。變頻運行(2)變頻運行時(shí),輸人電壓6 kV,運行頻率時(shí)節中國煤化工備運行頻率在和輸人電流數據為:3月27日11:00 頻率40 Hz|Y片CNMHG水壓力,而春、41.55 H,輸人電流67.5 A;3月27日12:00頻冬、秋三個(gè)季節設備完全可以在35 Hz運行,故節一34一電機與控制應用2010,37 (4)變頻與調速! 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(diǎn)。首先,電源側功率ZNR智能高壓變頻調速系統進(jìn)行變頻技術(shù)改造因數提高,原電機直接由工頻驅動(dòng)時(shí),功率因數為后,取得了明顯的節電效果,并獲得了很好的經(jīng)濟0.80~0.86,采用高壓變頻調速系統后,電源側的效益和社會(huì )效益，為電廠(chǎng)高壓電機的節能改造積功率因數可提高到0.95以上,可減少大量無(wú)功，累了 豐富的經(jīng)驗。高壓變頻調速在廠(chǎng)用電系統的進(jìn)一步節約了上游設備的運行費用;其次,循環(huán)水大面積采用,將大大促進(jìn)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電率的降低,成泵采用變頻調速后,由于通過(guò)降低電機水泵轉速為電力企業(yè)節能降耗的亮點(diǎn)。隨著(zhù)我國工業(yè)的快實(shí)現節能,電機、水泵轉速降低,管網(wǎng)壓力降低,輔速發(fā)展,變頻器的使用越來(lái)越廣泛。高壓變頻調助設備如軸承、閥門(mén)等磨損大大減少,設備運行與速 器經(jīng)過(guò)多年的現場(chǎng)運行證明,其用于驅動(dòng)風(fēng)機、維護費用下降,維護周期可加長(cháng),設備運行壽命延泵類(lèi)設備節電效果顯著(zhù),性能穩定、可靠性高。既長(cháng);另外,采用高壓變頻調速后,電機實(shí)現了軟起節約了能源,又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求,且大大減少動(dòng),起動(dòng)電流不超過(guò)電機額定電流的1.2倍,避免了設備維護、維修費用,直接和間接經(jīng)濟效益十分了全壓起動(dòng)對電網(wǎng)和電動(dòng)機的沖擊,降低了電動(dòng)顯著(zhù)。機的故障率,延長(cháng)了電動(dòng)機使用壽命,維護周期增[參考文獻]長(cháng),電機檢修費用可大幅降低。[1]方大千. 節能計算手冊[M].北京:電力工業(yè)出版8結語(yǔ)社，2006.設備改造工程于2008年11月完成,高壓變收稿日期:2009-08-03頻器一次試車(chē)成功,運行正常,運行頻率約為40(上接第5頁(yè))4極,60 Hz,460 V三相籠型電動(dòng)機為例:的滯后等原因,落后于先進(jìn)國家和相關(guān)國際標準。U,(η) = S(η) x 100 = 0.016%本文分析的試驗系統,自動(dòng)化程度和穩定性高,性其中:n(%) =92. 64;S(η)(%) =0. 050 66;能優(yōu)良,測量的不確定度達到優(yōu)于0. 4% ,主要技S(η)(% ) =0.016。術(shù)指標國內領(lǐng)先,達到國際先進(jìn)水平,具有良好的推廣價(jià)值,主要應用于電機生產(chǎn)制造企業(yè)、電機相U()=0/0 EH[巴-U[(P)]p)=0. 086% .關(guān)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗機構等。其中:Ug(P]) =31.4 W;Ug(EP) =10.2 w;P=12 230 W;ZP=909.4 W。[1] IEC 60034-2-1, Rotating electrical machines. Par2-1:合成不確定度為:Standard methods for determining losses and efficiencyUc(η) = Ju(η) +Ug(η) = 0.087 5%from tests( excluding machines for traction vehicles)系統擴展不確定度為:[S]. 2007.U = 2Uc(η) =0.17%,k =2[2] IEEE Std 112M -2004 , Standard test procedure for pol-結論:n(%) = (效率測試值土U)(%) =yphase induction molors and generators[S]. 2004.[3]林渭勛. 現代電力電子電路[ M].杭州:浙江大學(xué)出(92.64 +0.17)% ,k=2。版社,2006.4結語(yǔ)[4]劉勝利. 現代高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.目前國際上先進(jìn)國家對電機效率的低不確定中國煤化工期:202-28度測試方法及測試系統的研究已進(jìn)人到相當成熟的階段,在我國局限于測試技術(shù)及相關(guān)測試標準YHCNMHG一35一