高壓電機變頻改造節(jié)能效果分析與存在的問題

楊建紅

[摘要]對循環(huán)水泵實施變頻改造節(jié)能效果分析與存在的問題進行研究。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)水泵 變頻改造 節(jié)能

中圖分類號：TM3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120023－01

一、問題的提出

本文結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實際情況，對酒鋼動力廠制氧部21000m3/h制氧的循環(huán)水泵的控制過程進行了深入的分析。采用變頻調(diào)節(jié)節(jié)能效果明顯，特別是在低負荷工況運行時，節(jié)能效果更顯著。缺點是投資大，運行調(diào)整復雜，對變頻設(shè)備的可靠性要求高。循環(huán)水泵電機采用變頻調(diào)節(jié)，可在不同季節(jié)、不同負荷，調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的運行轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，尤其是低負荷工況節(jié)電效果顯著。

二、變頻方案

高壓變頻系統(tǒng)包括：變頻10KV斷路器、變頻器等。變頻器10KV電源取至相對應機組10KV母線段備用開關(guān)。循環(huán)水泵高壓變頻系統(tǒng)電氣連接系統(tǒng)如圖1所示。

系統(tǒng)改造情況說明：

對兩臺循環(huán)泵電機高壓變頻器改造，需要增加變頻器機柜1套和一拖二的旁路刀閘1套，變頻器機柜和旁路刀閘安裝在10KV工作段配電室，高壓變頻器配電室具有保溫、防水、防塵等功能。具體方案如下：

（一）電氣接線方式如圖1。此方案是一拖二手動旁路的典型方案：原理是由6個手動高壓隔離開關(guān)QS1－QS6和TF高壓變頻器、高壓開關(guān)QF1、QF2、電動機M組成，高壓開關(guān)QF1、QF2、電動機M1、M2為現(xiàn)場原有設(shè)備。

要求QS2和QS3之間實現(xiàn)可靠機械互鎖，不能同時閉合；QS5和QS6之間實現(xiàn)可靠機械互鎖，不能同時閉合；QS1和QS4實現(xiàn)電氣互鎖，QS2和QS5實現(xiàn)電氣互鎖，保證系統(tǒng)運行的可靠性。

M1變頻運行時，QS3、QS4、QS5斷開，QS1和QS2閉合。此時M2也可以閉合QS6實現(xiàn)工頻運行；M1工頻運行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

M2變頻運行時，QS6、QS1、QS2斷開，QS4和QS5閉合。此時M1也可以閉合QS3實現(xiàn)工頻運行；M2工頻運行時，QS4和QS5斷開，QS6閉合。

（二）6個手動高壓隔離開關(guān)QS1－QS6為和TF高壓變頻器安裝在10KV工作段配電室外。

（三）變頻器裝置有過電壓，過電流，欠電壓，缺相，變頻器過載，變頻器過熱，電機過載等保護功能。

（四）變頻器裝置具有就地和遠方兩地操作功能。

三、變頻改造后節(jié)能效益分析

循環(huán)水泵電機參數(shù)表如表：

變頻方式下循環(huán)水量控制原理由流體力學原理知：輸出流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比：Q1/Q2=n1/n2；輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比：H1/H2=（n1/n2）2；輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比：P1/P2=（n1/n2）3。那么能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：當轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時，100%轉(zhuǎn)速變?yōu)?00%流量、100%壓力，輸出軸功率為100%；當轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%額定轉(zhuǎn)速時，85%轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%流量、72%壓力，最后輸出61%軸功率?？梢钥闯觯斴敵鲚S的轉(zhuǎn)速下降到75%時，輸出軸的功率下降到42%。得知以上控制原理之后，我們擬將循環(huán)泵進行變頻改造，要求每臺機組均有至少一臺變頻設(shè)備投運，再根據(jù)結(jié)果統(tǒng)計節(jié)能效果。下面對兩臺機組變頻節(jié)能情況做一統(tǒng)計。經(jīng)改造后的變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與改造前的情況相比，其節(jié)能效果計算如下（這里僅做一臺泵的計算）：

1．參數(shù)情況。電動機輸出功率為315kW的循環(huán)水泵，年運轉(zhuǎn)時間：300天×24小時。運轉(zhuǎn)類型：1/2時間（3600小時）工作在85%流量，1/2時間（3600小時）工作在75%流量。改造前實測功率為：當轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%額定轉(zhuǎn)速時，輸出軸功率為97%；當轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%額定轉(zhuǎn)速時，輸出軸功率為91%。

2．改造前狀況下運行。流量（Q）在85%時：需要功率=97%×315kW=305.55kW；流量（Q）在75%時：需要功率91%×315kW=286.65kW；全年消耗電量：（305.55W+286.65kW）×3600h=2131920kWh。

3．變頻調(diào)速狀況下運行。流量（Q）在85%時：需要功率=61%×315kW=192.15kW；流量（Q）在75%時：需要功率=42%×315kW=132.3kW；全年消耗電量：（192.15kW+132.3kW）×3600h=1168020kWh。

4．全年節(jié)能效果：2131920-1168020=963900kWh；節(jié)電率：963900/213

1920=45.2%。

5．全年節(jié)約資金：按國內(nèi)平均電價0.6元/kWh計算：0.6/kWh×963900kWh=57.8萬元。

四、存在的主要問題

1．目前變頻產(chǎn)品存在一些問題，危及安全運行，主要是變頻操作上位機死機（復為無效）、變頻器卡件故障，高頻運行時功率元件過熱，廠用電源電壓波動大時易引起變頻器跳閘等：（1）啟停10KV大功率設(shè)備時，如果本段有循環(huán)泵在變頻狀態(tài)運行，啟動前應適當增加勵磁，使10KV母線電壓達到額定值或略高，啟動正常后，再恢復啟動前狀態(tài)。（2）正常運行時，盡量減少和高壓變頻設(shè)備同一母線上的給水泵等大功率設(shè)備的啟停操作。

2．目前的循環(huán)水系統(tǒng)在運行中存在以下問題：（1）循環(huán)水量不能連續(xù)調(diào)節(jié)，不能最佳冷卻水量，從而不能保證機組運行的經(jīng)濟性。（2）循環(huán)水水量在冬、夏季溫度變化較大，控制系統(tǒng)無法根據(jù)循環(huán)水水溫的變化自動的供給適合的循環(huán)水水量，以滿足機組穩(wěn)定在最有利的情況下運行。（3）在冬季時，不能根據(jù)溫度和流量準確的進行所開機組最大節(jié)能的控制。

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