高壓電機變頻改造節能效果分析與存在的問題

楊建紅

[摘要]對循環水泵實施變頻改造節能效果分析與存在的問題進行研究。

[關鍵詞]循環水泵 變頻改造 節能

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

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

二、變頻方案

高壓變頻系統包括：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。循環水泵高壓變頻系統電氣連接系統如圖1所示。

系統改造情況說明：

對兩臺循環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QS1－QS6和TF高壓變頻器、高壓開關QF1、QF2、電動機M組成，高壓開關QF1、QF2、電動機M1、M2為現場原有設備。

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

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、變頻改造后節能效益分析

循環水泵電機參數表如表：

變頻方式下循環水量控制原理由流體力學原理知：輸出流量Q與轉速n成正比：Q1/Q2=n1/n2；輸出壓力H與轉速n的平方成正比：H1/H2=（n1/n2）2；輸出軸功率P與轉速n的立方成正比：P1/P2=（n1/n2）3。那么能量的轉換關系為：當轉速為額定轉速時，100%轉速變為100%流量、100%壓力，輸出軸功率為100%；當轉速變為85%額定轉速時，85%轉速變為85%流量、72%壓力，最后輸出61%軸功率。可以看出，當輸出軸的轉速下降到75%時，輸出軸的功率下降到42%。得知以上控制原理之后，我們擬將循環泵進行變頻改造，要求每臺機組均有至少一臺變頻設備投運，再根據結果統計節能效果。下面對兩臺機組變頻節能情況做一統計。經改造后的變頻轉速調節與改造前的情況相比，其節能效果計算如下（這里僅做一臺泵的計算）：

1．參數情況。電動機輸出功率為315kW的循環水泵，年運轉時間：300天×24小時。運轉類型：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：當轉速變為85%額定轉速時，輸出軸功率為97%；當轉速變為75%額定轉速時，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．全年節能效果：2131920-1168020=963900kWh；節電率：963900/213

1920=45.2%。

5．全年節約資金：按國內平均電價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大功率設備時，如果本段有循環泵在變頻狀態運行，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。（2）正常運行時，盡量減少和高壓變頻設備同一母線上的給水泵等大功率設備的啟停操作。

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

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