28 000空分循环水泵高压变频调速节能改造

与调速!EMcA电机与控制应用201037(4)28000空分循环水泵高压变频调速节能改造张庆忠,管仁丽,刘振(兖矿鲁南化肥厂,山东膝州277527)摘要:通过ZNR系列智能高压变频器在化工行业28000m3/h空分循环水泵节能改造中的应用介绍了ZNR系列智能高压变频调速系统的配置与工作原理循环水泵变频调速节能分析控制器功能基本参数改造前后运行情况、改造效果等方面的内容。分析后得出高压变频调速技术在泵类中的应用具有明显的经济效益和社会效益,为企业的节能降耗提供了借鉴经验,值得推广。关键词:智能高压变频器;循环水泵;节能中图分类号:TM921.51文献标识码:A文章编号: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,使之成为企业采用电机节能方式的首选。高压交流变频调速技术是20世纪9年代迅1改造方案速发展起来的一种新型电力传动调速技术,主要过去冷却水循环水泵均不调速,利用出口阀用于交流电动机的变频调速,目前高压电动机中门开度大小来控制水流量和管网压力,由于设备拖动的负载近70%是风机、泵类,其中一半适合的选择均按最大负荷情况来选型,在实际运行中调速。从高压变频器的一般使用情况来看,平均设备留有较大的裕量,冷却循环水的流量与压力节电率可达30%,在技术改造项目中,高压变频是通过冷却循环水泵出、入口管上的调节阀来进器的投入和使用,其节能效果显著。高压变频器行调节,造成电动机运行效率较低,电能浪费。为经过多年的现场运行证明,其用于驱动风机、泵类降低企业生产成本,经过调研与比较决定选用上设备节电效果显著,性能稳定、可靠性高。既节约海卫能能源科技有限公司生产的ZNR系列智能了能源,又满足了生产工艺要求,且大大减少了设高压变频器对28000m3/h空分A,B’,C三台循备维护、维修费用,直接和间接经济效益十分显环水泵进行变频调速节能改造,以解决能源浪费著。变频调速以其显著的节能效益、高精确的调问题。ZNRA6H1250/06YA10型智能高压变频速精度、宽范围的调速范围、完善的电力电子保护器额定电压为6kV,额定容量为1250kVA,6功能以及易于实现的自动通信功能得到了广大级H桥级联拓扑方式适配电机为异步电机,采用户的认可和市场的确认,在运行的安全可靠、安用“一”字排列安装形式,控制程序版本为A0装使用维修维护等方面也给使用者带来了极大型。电机巧控剥用2010.37(4)变频与调速EMcA28000m3/h空分循环水系统要求运行可靠性高。为了充分保证系统的可靠性,考虑到变频用户高压开关柜调速系统退出运行后不影响生产,确保循环水系变压器柜统正常运行,结合实际运行状况,设计为变频器加装工频旁路装置。当变频器故障时,变频器退出运行,可将电机直接手动切换到电源工频情况下运行,恢复到原有系统运行方式。控2系统的配置与工作原理本制功率柜ZNR系列智能高压变频调速系统的主体结构“一”字布置,由旁路柜1面、变压器柜1面、功率逆变柜和控制柜1面、连接电缆1套等组成,其中功率柜与控制柜合一。旁路柜:根据需要选用,图1循环水泵变频调速节能改造主回路电气原理图该组件在系统故障情况下将电机切换至工频电改变变频器输出频率,调节电机转速。工艺DCS网,执行旁路功能。变压器柜:装有移相整流变压控制室具有电机运行电流指示,运行状态显示,故器,为各个功率单元提供交流输入电压。功率柜障跳闸显示,并具有DCS手操急停功能。高压变和控制柜:装有模块化设计的多个功率单元级联频装置本身具有功能完善的各项保护电源断路器式的逆变主回路,向电机提供变频调速之后的输引人高压变频装置保护联锁,在变频装置不具备运出电压。装有主控部件,控制变频调速系统的工行条件时电源断路器不能合闸,同时在高压变频装作并处理通过釆集获得的数据,具备各类数据通置故障跳闸后联跳电源断路器。循环水泵变频调信和DCS控制接口功能。速节能改造控制回路电气原理图如图2所示。高压变频系统配备旁路柜,工频旁路由2个高压隔离开关K1、K2组成,其中QF为用户高压3循环水泵变频调速节能分析开关柜原有高压断路器。变频运行时,K1和K2当采用变频调速时,可以按需要升降电机转闭合,切换K2至变频运行位置;工频运行时,K1速改变水泵的性能曲线使水泵的额定参数满足和K2闭合,切换K2至工频运行位置。当高压变工艺要求,根据水泵的相似定律,变速前后流量频调速系统出现故障时控制器自动跳开QF,操压力功率与转速之间的关系为:Q/Q2=N1/N2;作打开K,切换K2至工频运行位置。可将电机H1/B2=(N/N2)2;P1/P2=(NN2)3,Q1、H1、P1转切至工频运行,此时变频调速系统从高压中隔为水泵在N转速时的流量、压力、功率;Q2、H2、离出来便于检修维护和调试。为了实现变频器P2为水泵在N2转速时相似工况下的流量压力、故障的保护,高压变频器对6kV开关QF进行联功率。假如转速降低一半,即:N2/N1=1/2,则锁,一旦变频器故障,变频器跳开QF,工频旁路时,P2/P,=1/8,可见降低转速能大大降低轴功率,达变频器允许QF合闸撤消对QF的跳闸信号,使电到节能的目的。当转速由M降为N2时,水泵的机能正常通过QF合闸工频起动。循环水泵变频额定工作参数QH、P都降低了,但效率值基本是调速节能改造主回路电气原理图如图1所示一样的。也就是说当转速降低时额定工作参数ZNR系列智能高压变频调速系统具有强大相应降低但效率不会降低,有时甚至会提高。因的自动控制和通信功能高压变频装置投运后电此在满足操作要求的前提下,风机仍能在同样甚机运行方式以变频运行为主,装置具备手动旁路至更高的效率下工作。降低了转速,流量就不再功能,在变频装置出现故障后,可以旁路工频运用关小阀门来控制阀门始终处于全开状态避行。高压变频装置现场电控箱可以实现变频器的免了由于关小阀门引起的压力损失增加,也就避起动停止,具有运行、停止指示,及电机电流电免了总效率的下降确保了能源的充分利用机转速显示,可以根据负荷情况调节现场电位器工频50Hz电网直接起动,对电网和机械31变频与调速·EMcA电机控利用2010.37(4)高压合闸允许(至开关柜业数用户高压开关状态信号输入(常闭)跳闸信号(联跳开关)跳闸信号(至DCS)电机电流信号输出轻故障信号(全综保)益一输出频率信号输出运行状态停止状态频率控制信号输入热风机交流电源+220V髙压变频调速控制系统控制器系统直流电源外部控制输入测量光纤通信6kV高压电缆至断路器至高压电机连接电缆uvw)图2循环水泵变频调速节能改造控制回路电气原理图冲击较大,声响很大,起动一次的损耗电能高。而却水输入冷却器而循环使用,由于系统水位基本变频软起动损耗很小,只有上述损耗电能的1/10,上稳定,故循环水泵的扬程也基本稳定,而其容量则毎年的起动节能也是很可观的。当采用变频调按计算水量确定。循环水泵随机组长期连续运速,50z满载时功率因数接近于1,工作电流比行。由于机组负荷经常变化,需要及时调整循环电机额定电流值要低很多,这是由于变频装置的水流量,以保证机组的安全经济运行。在正常运内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为行工况,5台循环水泵运行3台,另2台循环水泵电网节约容量20%左右。备用。即使在同一负荷的情况下,不同的外部环4循环水泵参数和工况境也使得循环水流量的需求不同。利用高压变频器根据实际需要对循环水泵进行调速控制,从而28000m3/h空分5台循环水泵的参数相同,既保证和改善运行工艺,又可达到节能降耗的目水泵为济南奔腾泵业有限公司生产BTOW600-的。710型,额定转速970r/min,效率85%,供水6000m3/h,扬程50m。拖动循环水泵的三台电5控制器功能基本参数动机为YKK56036型,额定功率1120kW,额定ZNR系列智能高压变频调速系统正式投入电压6kV额定电流124.6A,功率因数为087,运行前请仔细检查表12所述内容是否正确设额定转速992.2r/min,F级绝缘,绕组Y接,哈尔置。ZNR系列智能髙压变频调速系统控制器功滨电机厂有限责任公司生产能基本参数如表12所示A',B',C,D,E5台循环水泵采用闭式循6改造前后运行情况环水系统,补给水是经化学弱酸阳离子交换器处理后的软化水。循环水泵采用单元制供水系统本次只对5台并联水泵中的3台进行改造,即每台机组配1座冷却塔,1条压力循环水管,1正常运行工况为3台变频。由于季节及昼夜温度条双孔自流水沟和1台循环水泵。冷却水塔采用的差别使得变频系统的运行有着特殊性管网总风筒式逆流自然通风冷却塔通风筒为双曲线旋出口的压力取决于2台并联水泵各自的出口压转壳。在循环供水系统中由循环水泵实现水资力,从而决定了变频泵不可能在太低的频率下运源的循环利用。经热交换后的热水进入冷却设施行,否则会引起倒流或不出水的情况。另一方面进行冷却使其水温降至允许值然后又重复将冷太低的频率会导致整体压力下降,达不到循环水电机与控剥用2010.37(4)变频与调速EI表1ZNR智能高压变频调速系统控制器功能基本参数用户设参数功能名称设定范围出厂值单位定值0:允许修改F0O数据保护1:不许修改频率设定方式0:模拟量1:开关量FU2运行(停止)设定方式保留(“就地/远方”转换开关控制)F03最高输出频率50.00-120.00基本频率05额定线电压3.0~10.5F6最高输出电压3.0-10.5加速时间0.1-3000.0减速时间0.1-3000.020.020.00:直线转矩提升曲线选择1:二次曲线转矩提升补偿值上限频率下限频率0.00-120.00%肛F13最高模拟输入频率0.00~120.00F4最低模拟输人频率5.F15起动频率起动频率保持时间0.1-100.05.0F17停止频率1.000开关量输入通道1模式B01开关量输入通道2模式00002开关量输入通道3模式开关量输出通道1模式17开关量输出通道2模式0-31开关量输出通道3模式0-31模拟量输出通道1模式0-3100000E33模拟量输出通道2模式03l0跳跃频率10.00-120.0.000.01跳跃频率20.00~120.000.0l02跳跃频率30.00~120.000.01跳跃幅值0.00-30.000.01PO电动机极对数动机容量1004000电动机额定电流0.0-250.0电动机空载电流0.0-3010A36.0变频与调速·EMcA电机控剥用2010.37(4)表2ZNR智能高压变频调速系统控制器功能基本参数用户设参数功能名称设定范围出厂值单位代码定值0:用户设置数据恢复到出厂设定值1:出厂默认设置H转矩矢量模式设定方式02备用H2瞬停再起动设定方式0:不起动1:起动0:该保护退出H0电机过载反时限保护投人0-11:该保护投人H08电机过载反时限时间常数0.5~15.0H0电机过载定时限保护投入0:该保护退出1:该保护投入电机过载定时限预警电流10096-120%电机过载定时限预警时间0.0-150.00:该保护退出零序过压保护投入1:该保护投入0:显示运行频率1:显示电压值H6LED监视选择2:显示电流值3:显示功率H7LCD显示对比度0:不投入A00单元旁路功能1:投入系统总体的扬程要求,处于工频定速运行的水泵率41.55Hz,输人电流67.6A;3月27日13:00也易导致过流发生。根据以往的运行实践经验,频率41.55Hz,输入电流677A;3月27日14:00在工频泵与变频泵同进运行的情况下,使变频泵频率41.55Hz,输入电流677A;最低的频率保持在38Hz以上,在变频泵单独运变频运行时,平均电流l2=663A,功率因行时,变频器可以根据需要在5~45Hz范围内调数cosg2=0.98。节(变频泵调节的频率必须满足水泵出口压力最低要求),这样既可以满足运行需要又可对出水7改造效果量进行连续调节。(1)变频改造前后的节能计算。(1)工频(50H)运行时输人电压6kV输入假设全年运行时间为330天,根据本厂上网电流如下3月27日1430输入电流103.8A3月电价可知变频改造后每年节省用电=(l1cosq27日21:35输入电流1064A3月28日8:00输2cosg2)×6×1.732×24×330=1449434入电流105.2A;3月28日21:00输入电流kWb。每年节省电费=1449434kWh×0.51048A;3月29日6:25输入电流104.1A;元/kWh=72.5万元。由41Hz运行计算知,每年工频运行时,平均电流l1=104.86A,功率可以节电约l449434kWh,节省电费约725万因数cosq1=0.85。元,不到2年时间即可收回全部投资。变频运行(2)变频运行时输入电压6kV,运行频率时节电率可达到40%。据统计,设备运行频率在和输入电流数据为:3月27日11:00频率40Hz就可以达到工艺要求的出水压力,而春、4155Hz,输入电流67.5A;3月27日12:00频冬、秋三个季节设备完全可以在35Hz运行,故节电机巧控刺起雨201037(4)变频与调速EMcA电率可达到50%左右。Hz,保证了循环水的正常温度。循环水泵在采用(2)变频改造后的优点。首先电源侧功率ZNR智能高压变频调速系统进行变频技术改造因数提高,原电机直接由工频驱动时功率因数为后,取得了明显的节电效果,并获得了很好的经济0.80~0.86,采用高压变频调速系统后电源侧的效益和社会效益,为电厂高压电机的节能改造积功率因数可提高到0.95以上,可减少大量无功,累了丰富的经验。高压变频调速在厂用电系统的进一步节约了上游设备的运行费用;其次,循环水大面积采用,将大大促进电厂厂用电率的降低,成泵采用变频调速后,由于通过降低电机水泵转速为电力企业节能降耗的亮点。随着我国工业的快实现节能,电机、水泵转速降低,管网压力降低辅速发展,变频器的使用越来越广泛。高压变频调助设备如轴承、阀门等磨损大大减少,设备运行与速器经过多年的现场运行证明,其用于驱动风机、维护费用下降维护周期可加长,设备运行寿命延泵类设备节电效果显著性能稳定、可靠性高。既长;另外,采用高压变频调速后,电机实现了软起节约了能源,又满足了生产工艺要求,且大大减少动起动电流不超过电机额定电流的1.2倍,避免了设备维护维修费用,直接和间接经济效益十分了全压起动对电网和电动机的冲击,降低了电动显著。机的故障率,延长了电动机使用寿命,维护周期增长,电机检修费用可大幅降低。【参考文献】结语[1]方大千.节能计算手册[M].北京:电力工业出版社,2006设备改造工程于2008年11月完成,高压变收稿日期:20090803频器一次试车成功,运行正常,运行频率约为40(上接第5页)极,60Hz,460V三相笼型电动机为例:的滞后等原因,落后于先进国家和相关国际标准U4(n)=S(n)×100=0.016%本文分析的试验系统,自动化程度和稳定性高性其中:7(%)=92.64;S(η)(%)=0.05066;能优良,测量的不确定度达到优于0.4%,主要技S(n)(%)=0.016。术指标国内领先,达到国际先进水平,具有良好的推广价值,主要应用于电机生产制造企业、电机相4(p1(∑2Un()月=00%关的专业实验机构等。其中:U(P1)=31.4W;U(ΣP)=10.2W;【参考文献】P1=12230W;∑P=909.4W。合成不确定度为:[1] IEC 60034-2-1, Rotating electrical machines-Part2-1encyUc(7)(n)+U(n)=0.0875%from tests( excluding machines for traction vehicles系统扩展不确定度为:[S].2007U=2Uc(n)=0.17%,k=2结论:η(%)=(效率测试值土U)(%)=phase induction motors and generators[ S ].2004(92.64±0.17)%,k=2。[3]林渭勋现代电力电子电路[M].杭州:浙江大学出版社,20064结语[4]刘胜利现代高频开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社,2002目前国际上先进国家对电机效率的低不确定收稿日期:20100228度测试方法及测试系统的研究已进入到相当成熟的阶段在我国局限于测试技术及相关测试标准35