楊建紅

[摘要]對(duì)循環(huán)水泵實(shí)施變頻改造節(jié)能效果分析與存在的問(wèn)題進(jìn)行研究。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)水泵 變頻改造 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0120023－01

一、問(wèn)題的提出

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況，對(duì)酒鋼動(dòng)力廠制氧部21000m3/h制氧的循環(huán)水泵的控制過(guò)程進(jìn)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(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效果更顯著。缺點(diǎn)是投資大，運(yùn)行調(diào)整復(fù)雜，對(duì)變頻設(shè)備的可靠性要求高。循環(huán)水泵電機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，可在不同季節(jié)、不同負(fù)荷，調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，尤其是低負(fù)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(duì)應(yīng)機(jī)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(shuō)明：

對(duì)兩臺(tái)循環(huán)泵電機(jī)高壓變頻器改造，需要增加變頻器機(jī)柜1套和一拖二的旁路刀閘1套，變頻器機(jī)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(dòng)旁路的典型方案：原理是由6個(gè)手動(dòng)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(dòng)機(jī)M組成，高壓開關(guān)QF1、QF2、電動(dòng)機(jī)M1、M2為現(xiàn)場(chǎng)原有設(shè)備。

要求QS2和QS3之間實(shí)現(xiàn)可靠機(jī)械互鎖，不能同時(shí)閉合；QS5和QS6之間實(shí)現(xiàn)可靠機(jī)械互鎖，不能同時(shí)閉合；QS1和QS4實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，QS2和QS5實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

M1變頻運(yùn)行時(shí)，QS3、QS4、QS5斷開，QS1和QS2閉合。此時(shí)M2也可以閉合QS6實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行；M1工頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

M2變頻運(yùn)行時(shí)，QS6、QS1、QS2斷開，QS4和QS5閉合。此時(shí)M1也可以閉合QS3實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行；M2工頻運(yùn)行時(shí)，QS4和QS5斷開，QS6閉合。

（二）6個(gè)手動(dòng)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(guò)電壓，過(guò)電流，欠電壓，缺相，變頻器過(guò)載，變頻器過(guò)熱，電機(jī)過(guò)載等保護(hù)功能。

（四）變頻器裝置具有就地和遠(yuǎn)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(jī)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(xué)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(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，100%轉(zhuǎn)速變?yōu)?00%流量、100%壓力，輸出軸功率為100%；當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，85%轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%流量、72%壓力，最后輸出61%軸功率?？梢钥闯?，當(dāng)輸出軸的轉(zhuǎn)速下降到75%時(shí)，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(jìn)行變頻改造，要求每臺(tái)機(jī)組均有至少一臺(tái)變頻設(shè)備投運(yùn)，再根據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)節(jié)能效果。下面對(duì)兩臺(tái)機(jī)組變頻節(jié)能情況做一統(tǒng)計(jì)。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(jì)算如下（這里僅做一臺(tái)泵的計(jì)算）：

1．參數(shù)情況。電動(dòng)機(jī)輸出功率為315kW的循環(huán)水泵，年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：300天×24小時(shí)。運(yùn)轉(zhuǎn)類型：1/2時(shí)間（3600小時(shí)）工作在85%流量，1/2時(shí)間（3600小時(shí)）工作在75%流量。改造前實(shí)測(cè)功率為：當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出軸功率為97%；當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)?5%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出軸功率為91%。

2．改造前狀況下運(yùn)行。流量（Q）在85%時(shí)：需要功率=97%×315kW=305.55kW；流量（Q）在75%時(shí)：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(yùn)行。流量（Q）在85%時(shí)：需要功率=61%×315kW=192.15kW；流量（Q）在75%時(shí)：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(guó)內(nèi)平均電價(jià)0.6元/kWh計(jì)算：0.6/kWh×963900kWh=57.8萬(wàn)元。

四、存在的主要問(wèn)題

1．目前變頻產(chǎn)品存在一些問(wèn)題，危及安全運(yùn)行，主要是變頻操作上位機(jī)死機(jī)（復(fù)為無(wú)效）、變頻器卡件故障，高頻運(yùn)行時(shí)功率元件過(guò)熱，廠用電源電壓波動(dòng)大時(shí)易引起變頻器跳閘等：（1）啟停10KV大功率設(shè)備時(shí)，如果本段有循環(huán)泵在變頻狀態(tài)運(yùn)行，啟動(dòng)前應(yīng)適當(dāng)增加勵(lì)磁，使10KV母線電壓達(dá)到額定值或略高，啟動(dòng)正常后，再恢復(fù)啟動(dòng)前狀態(tài)。（2）正常運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行中存在以下問(wèn)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(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。（2）循環(huán)水水量在冬、夏季溫度變化較大，控制系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)循環(huán)水水溫的變化自動(dòng)的供給適合的循環(huán)水水量，以滿足機(jī)組穩(wěn)定在最有利的情況下運(yùn)行。（3）在冬季時(shí)，不能根據(jù)溫度和流量準(zhǔn)確的進(jìn)行所開機(jī)組最大節(jié)能的控制。

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