高壓變頻器節能技術在我公司的應用

唐 浩

(唐山三友化工股份有限公司 設備部,河北 唐山 063305)

高壓變頻器節能技術在我公司的應用

唐 浩

(唐山三友化工股份有限公司 設備部,河北 唐山 063305)

介紹了高壓變頻器的基本原理及功能,我公司對給排水車間2臺高壓循環水泵電機進行變頻改造,節能效果明顯。

高壓變頻;節能;效果

隨著高壓變頻調速技術的日趨成熟,高壓變頻器已經開始在各個領域廣泛應用,化工企業中原有大量的風機等設備一直在工頻狀態下運行,需要利用閘閥控制風量、流量,這樣就損失了大量的能量,而改為變頻調速后,通過改變電機的轉速(也就是改變了電機的輸出功率)來調節風量、流量,減少阻力消耗,從而實現節能的目的。我公司對給排水車間2臺高壓循環水泵電機進行變頻改造,節能效果明顯。

1 項目概況

給排水車間有2臺額定電壓6kV、額定電流76.5A、功率630kW循環水泵電機,原運行方式為工頻運行,為保持給水量基本恒定,需通過調節進出口流量控制。進出口流量實際開度在30%～45%,且動作頻繁,所以有相當一部分功率消耗在克服管路阻力。為改變這種狀態,實現節能環保,2010年10月對該2臺高壓電機實施變頻改造。

高壓電機實施變頻改造即通過變頻器輸出的不同頻率,來改變電機的轉速(也就是改變了電機的輸出功率)以調節流量,使給水量基本保持恒定;進出口流量處于全開狀態,減少阻力消耗,電機在遠低于額定功率的狀態下運行,從而實現節能的目的。增加旁路柜作為備用,當變頻器出現故障時,可以將電機切換到工頻運行,這樣既發揮了變頻器的節能優勢,又可保證安全生產。進出口流量的調節控制作用也僅限于工頻運行狀態。

2 高壓變頻器的基本原理

該項目通過技術方案選擇和經濟適用性比較,選定哈爾濱九洲電氣股份有限公司總承包實施。高壓變頻器基本原理是一種串聯疊加型變頻器,即采用多臺單相三電平逆變器串聯連接,輸出多電平,可變頻變壓的高壓交流電,變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜3部分組成。三相高壓電經用戶的需要通過光纖實時對功率柜中的每一功率單元進行整流,逆變控制與檢測,這樣根據用戶的需要通過操作界面進行頻率給定,控制單元把控制信息發送到功率單元進行相應的整流,逆變調整,輸出滿足用戶需求的電壓等級。

移相變壓器的副邊繞組分為3組,構成 X脈沖整流方式,這種多極移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電波形,使負載下的網側功率因數接近1。另外,由于變壓器副邊繞組的獨立性,使每個功率單元的主回路相對獨立,這樣大大提高了變頻器的可靠性。見圖1。

圖1 移相變壓器

所有的功率模塊均為智能化設計,具有強大的自診斷能力。一旦有故障發生時,將故障信息迅速返回到主控單元中,主控單元及時將主要功率元IGBT關斷,保護主電路。同時,在中文人機界面上實時顯示故障位置、類別。并對一定功率范圍內的單元模塊進行了標準化設計,以保證單元模塊在結構、功能上的一致性。當模塊出現故障時,在得到報警器報警通知后,可在幾分種內更換功能的備用模塊,減少停機時間。見圖2、圖3。

3 節能計算

1)理論估算:以高壓變頻在我公司0#開路循環水泵上運行為例,電機功率630kW,額定電流76.5A,水泵屬平方轉矩負載,設備每天24h工作制,全年按運行350天,按公司內部電價0.46元/kW·h計算。

①采用擋板閥門進行流量調節時,閥門開度40 %時,水流量可達80%,對應的電機輸入功率為 P1

Pe——電機額定功率,kW;

QN——為水泵的額定流量,L/s;

Q——為水泵實際運行流量,L/s。

②采用變頻器調速調節后,假設保持流量不變仍為80%,對應的電機輸入功率為 P2,根據P∝N3

③在變頻器內部,逆變器功率元件的開關損耗最大,其余是電子元件的熱損耗和風機損耗,變頻器的效率一般為95%～96%,計算時考慮5%的變頻器損耗,則節電率 K為

則年節電費W=(505-323)×24×350×0.46 =70.3萬元

2)投用后實際測算節電效益:

表1 0#開路泵投用變頻器前后,實際數據記錄

通過表1可以看出,在滿足相同水泵流量的情況下,負荷電流顯著降低。因為變頻器中的濾波電容與電動機進行無功能量交換,因此變頻器實際輸入電流減小,同時回路功率因數得到提高。

投用前,消耗有功功率 P1=U·I1·COSφ1

=6×(77+75)/2×0.85=388kW

投用后,消耗有功功率 P2=U·I2·COSφ2

=6×(56.5+46.2)/2×0.9=277kW

節省有功功率ΔP=P2-P1=388-277=111 kW

則年節電費W=111×24×350×0.46=42.89萬元

[1] 仲明振,趙相賓.高壓變頻器應用手冊[M].北京:機械工業出版社,2009

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1005-8370(2011)04-27-02

2011-05-12