28 000空分循环水泵高压变频调速节能改造

变颊与调速! EMCA电机与控制应用2010.37 (4)28 000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,山东滕州277527)摘要:通过ZNR系列智能高压变频器在化工行业28 000 m'/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: TM 921.51文献标识码:A 文章编 号: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,使之成为企业采用电机节能方式的首选。0引言高压交流变频调速技术是20世纪90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- -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、人口管上的调节阀来进器的投人和使用,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28 000 m'/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。ZNR-A6H 1 250/06YA10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6 kV,额定容量为1250 kVA, 6功能，以及易于实现的自动通信功能,得到了广大级H中国煤化工为异步电机,采.用户的认可和市场的确认,在运行的安全可靠、安用“IYHC NM H G序版本为A10装使用、维修维护等方面,也给使用者带来了极大型。一30一电机与控制应用2010,37 (4)变频与调速' EMCA28 000 m'/h空分循环水系统要求运行可靠6kV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B匹C-当运行,可将电机直接手动切换到电源工频情况下旁路运行,恢复到原有系统运行方式。柜控制2系统的配置与工作原理功率柜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、功四率逆变柜和控制柜1面、连接电缆1套等组成,其图1循环水泵 变频调速节能改造主回路电气原理图中功率柜与控制柜合- -。旁路柜:根据需要选用，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采集获得的数据,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3循环水泵变频调速节能分析高压隔离开关K,.K2组成，其中QF为用户高压开关柜原有高压断路器。变频运行时,K和Kz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, K,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K,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 = N/N2;作打开K,,切换Kz至工频运行位置。可将电机H/H2 =(N,/N2)*;P,/P2= (N/N2) ,Q, .HP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6 kV开关QF进行联功率。假如转速降低- -半, 即:N/N, =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N,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Q、H .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中国煤化工夫增加,也就避起动、停止,具有运行停止指示,及电机电流、电YHCNMHG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-31一变频与调速，EMCA电机与控制应用2010,37 (4)高压合闸允许(至开关柜)=用户高压开关状态信号输入(常闭)跳闸信号(联跳开关):用用用用 用0-00. 电机电流信号输出跳闸信号(至DCS)轻故障信号(全综保):.输出频率信号输出运行状态:- 频率控制信号输入停止状态通信接口(可选)+220 V高压变频调速控制系统白ACOOI散热风机交流电源x30VBW控制器系统直流电源外部控制输入控制与↑1.测量光纤通信6kV高压电缆至断路器二串$患B至高压电机连接电缆，|u1,VI,WI)UvM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- -次的损耗电能高。而却水输人冷却器而循环使用,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,而其容量则每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,50Hz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-负荷的情况下,不同的外部环境也使得循环水流量的需求不同。利用高压变频4循环水泵参数和工况器根据实际需要对循环水泵进行调速控制,从而28 000 m'/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970 r/min, 效率85%，供水5控制器功能基本参数6 000 m'/h,扬程50 m。拖动循环水泵的三台电动机为YKK56036型,额定功率1120 kW,额定ZNR系列智能高压变频调速系统正式投入电压6 kV,额定电流124.6 A,功率因数为0.87，运行前 ,请仔细检查表1、2所述内容是否正确设额定转速992.2 r/min,F级绝缘绕组Y接,哈尔置。ZNR系列智能高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1.2所示。A",B",C* ,D",E"5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,从中国煤化工低的频率下运源的循环利用。经热交换后的热水进人冷却设施行,否.MCH见。另-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CNM HC达不到循环水--32-电机与控制应用2010,37 (4)变颊与调速‘EMCA表1 ZNR 智能高压变频调速系统控制器功能基本参数功能用户设参数功能名称设定范圈出厂值单位代码定值0:允许修改FO0O数据保护01:不许修改0:模拟量FOI频率设定方式0-1:开关量保留("就地/远方"转FO2运行(停止)设定方式0-1换开关挖制)F03最高输出频率50.00 ~ 120.0060.00iz50.00F04基本频率25.00 ~ 100.00HzFOS额定线电压3.0~10.56..0F06最高输出电压6.0FO7加速时间0.1~3 00.020.20.0FO8臧速时间0.0r09转矩提升曲线选择0:直线1:二次曲线F10转矩提升补偿值11上限频率0.00~ 120.0050.0F12下限频率.00F13最高模拟输人频奉F14最低模拟输人频率5.005.0F15起动频率0. 10-10.00F16起动频率保持时间0.1-100.0?17停止频率0. 10-6.001.0EDOO开关量输入通道I模式0-31EO1开关量输人通道2模式;F02开关量输人通道3模式E16开关量输出通道1模式.E17开关量输出通道2模式E18开关量输出通道3模式E32模拟量输出通道1模式;E33模拟量输出通道2模式，跳跃频率10.00-120.000.000.01∞01跳跃频率2.0.00 -120.00002跳跃频率30.00~120.00C03跳跃幅值0.00 ~30.00电动机极对数1-2P01电动机容量100~4 000中国煤化工1 120p0203电动机额定电流0.0-250.0MHCNMHG124.6电动机空载电流0.0-30.036.0-33一变频与调速, EMCA电机与控制应用2010,37 (4)表2 ZNR 智能高压变频调速系统控制器功能基本参数功能用户设参敷功能名称设定范围出厂值单位代码定值0:用户设置H0O数据恢复到出厂设定值0-11:出厂默认设置01转矩矢量模式设定方式备用0:不起动H02瞬停再起动设定方式)-11:起动HO7电机过载反时限保护投入0:该保护退出01:该保护投入H08电机过载反时限时间常数0.5~15.03.0H09电机过载定时限保护投入2-1电机过载定时限预警电流100%6 -120%10%0SH11电机过载定时限预警时间0.0~ 150.030.0H12零序过压保护投入0:显示运行频率H16LED监视选择)-31:显示电压值2:显示电流值3:显示功率H17LCD显示对比度1220:不投入单元旁路功能1:投入系统总体的扬程要求,处于工频定速运行的水泵率41.55 Hz,输人电流67.6 A;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41.55 Hz ,输人电流67.7 A;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41.55 Hz,输人电流67.7 A;最低的频率保持在38 Hz以上,在变频泵单独运变频运行时,平均电流12 =67.63 A ,功率因行时,变频器可以根据需要在5~45Hz范围内调数cos 4z =0. 98。节(变频泵调节的频率必须满足水泵出口压力最7改造效果低要求) ,这样既可以满足运行需要,又可对出水量进行连续调节。(1)变频改造前、后的节能计算。(1)工频(50 Hz)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14:30输人电流103.8 A;3月电价,可知变频改造后每年节省用电=(4 cos中I-27日21:35输人电流106.4A;3月28日8:00输.I2 cos42) x6 x1.732 x24 x330 = 144 943 4入电流105.2A;3月28日21:00输人电流kWh。每年节省电费= 144 943 4 kWh x0. 5104.8A;3月29日6:25输人电流104.1 A; .元/kWh =72.5万元。由41 Hz运行计算知,每年工频运行时,平均电流1 =104.86 A ,功率可以节电约1449434kWh,节省电费约72.5万因数cos P, =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,输人电压6 kV,运行频率时节中国煤化工备运行频率在和输人电流数据为:3月27日11:00 频率40 Hz|Y片CNMHG水压力,而春、41.55 H,输人电流67.5 A;3月27日12:00频冬、秋三个季节设备完全可以在35 Hz运行,故节一34一电机与控制应用2010,37 (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[参考文献]长,电机检修费用可大幅降低。[1]方大千. 节能计算手册[M].北京:电力工业出版8结语社，2006.设备改造工程于2008年11月完成,高压变收稿日期:2009-08-03频器一次试车成功,运行正常,运行频率约为40(上接第5页)4极,60 Hz,460 V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。U,(η) = S(η) x 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:n(%) =92. 64;S(η)(%) =0. 050 66;能优良,测量的不确定度达到优于0. 4% ,主要技S(η)(% ) =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U()=0/0 EH[巴-U[(P)]p)=0. 086% .关的专业实验机构等。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:合成不确定度为:Standard methods for determining losses and efficiencyUc(η) = Ju(η) +Ug(η) = 0.087 5%from tests( excluding machines for traction vehicles)系统扩展不确定度为:[S]. 2007.U = 2Uc(η) =0.17%,k =2[2] IEEE Std 112M -2004 , Standard test procedure for pol-结论:n(%) = (效率测试值土U)(%) =yphase induction molors and generators[S]. 2004.[3]林渭勋. 现代电力电子电路[ M].杭州:浙江大学出(92.64 +0.17)% ,k=2。版社,2006.4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中国煤化工期:202-28度测试方法及测试系统的研究已进人到相当成熟的阶段,在我国局限于测试技术及相关测试标准YHCNMHG一35一