胡文琪　馬銀福

摘要：主要從變頻調(diào)速器的原理及特點入手，對某選煤廠循環(huán)泵變頻調(diào)速的改造進(jìn)行了分析，分別從變頻調(diào)速原理、變頻節(jié)能的可行性、變頻調(diào)速改造設(shè)計、應(yīng)用效果幾方面展開。分析認(rèn)為，變頻調(diào)速器的應(yīng)用，節(jié)能效果非常明顯，并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵;變頻調(diào)速;應(yīng)用

引言

能源問題一直以來為世界各國所普遍關(guān)注，節(jié)能技術(shù)的開發(fā)利用作為一種最直接的減少能源消耗的方式，更是受到高度重視。電能是各類能源中最重要也最昂貴的能源之一，電氣設(shè)備節(jié)能是當(dāng)今經(jīng)濟和社會發(fā)展的必然趨勢。多年來國家一直大力提倡保護環(huán)境，節(jié)約能源，并重點支持發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，作為交流調(diào)速中心的變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)已得到了顯著的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，無論是國內(nèi)還是國外，水泵的發(fā)展已向軟啟動、軟制動、智能化、自動化等方向發(fā)展。

1 變頻器工作原理

變頻器是交流電氣傳動系統(tǒng)的一種，是將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均適合于交流電動機調(diào)速的電力電子變換裝置。交流電動機轉(zhuǎn)速的表達(dá)式為：n=60f/p（1-S）其中：n為電機轉(zhuǎn)速，f為給電動機供電的交流電頻率，p為電動機極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率。由上式可知：當(dāng)平滑地改變頻率f時，電動機轉(zhuǎn)速n就可得到平穩(wěn)的改變。變頻調(diào)速系統(tǒng)利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，通過連續(xù)改變變頻器的輸出頻率來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)變化，并且使電動機在轉(zhuǎn)差較小的范圍工作，轉(zhuǎn)速有非常寬的調(diào)節(jié)范圍，運行效率顯著提高。2變頻節(jié)能的可行性

圖1是水泵流量一揚程曲線，即Q-H曲線圖，設(shè)水泵正常工作點為A。需水量從Q1調(diào)至Q2時，采取傳統(tǒng)閥門的方式來調(diào)節(jié)，管網(wǎng)特性曲線從變成Q2，隨之工作點調(diào)到B點，輸出的功率是四邊形OQ2BH2的面積，功率無明顯變化，但運行效率會變低。當(dāng)采用變頻調(diào)速時，可以從實際需求出發(fā)，有效地調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，水泵的性能曲線也會隨之變化，當(dāng)其轉(zhuǎn)速從n1調(diào)至n2時，也就是轉(zhuǎn)速下降時，C點則是工作點，此時水泵的輸出功率是四邊形OQ2CH2的面積，且水泵的效率曲線也會相應(yīng)變化，發(fā)生平移，但仍然運行在高效范圍內(nèi)。上圖中陰影部分面積也就是經(jīng)過變頻調(diào)速后節(jié)省的能耗。

3 采用變頻調(diào)速技術(shù)的意義

循環(huán)水泵隨機組長期連續(xù)運行，由于機組負(fù)荷經(jīng)常變化，需要及時調(diào)整循環(huán)水流量，以保證機組的經(jīng)濟安全高效運行。因為循環(huán)系統(tǒng)水位基本上保持穩(wěn)定，所以循環(huán)水泵的揚程也基本保持穩(wěn)定，而其容量按計算水量確定。過去冷卻風(fēng)扇和循環(huán)水泵均不調(diào)速，利用風(fēng)門擋板和出口閥門來控制風(fēng)量和水流量。水泵處于恒速交流傳動運行狀態(tài)，并以檔板、閥門或空放回流的辦法進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而白白損失大量的電能，功率越大的風(fēng)機、水泵損失的電能也越大。根據(jù)電工學(xué)基本原理，風(fēng)機和水泵，消耗功率與電動機的轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系。如要調(diào)節(jié)風(fēng)機的風(fēng)量或水泵的流量，通過調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，不僅能降低電動機的消耗功率，而且可以節(jié)約電能。改變電動機的轉(zhuǎn)速，理論上有兩種途徑：一是改變供電電源的頻率;二是改變電動機的極對數(shù)。改變極對數(shù)進(jìn)行調(diào)速，因為它沒有額外的損耗，從理論上講效率最高，但由于其屬于有級調(diào)速，且機械構(gòu)造較為復(fù)雜，對電動機的制造要求非常高，在國內(nèi)外現(xiàn)有的產(chǎn)品中這類電動機功率較大的較少。改變頻率進(jìn)行調(diào)速雖然有損耗，有些品牌的變頻器現(xiàn)在的技術(shù)水平效率高達(dá)99%，將其損耗減少到最低程度，而且可以進(jìn)行無級調(diào)速，變頻裝置的功率可達(dá)到幾千kW，因此可應(yīng)用到各種規(guī)格的電動機中。利用高壓變頻器結(jié)合水泵固有的特性，根據(jù)實際需要對循環(huán)水泵拖動電機進(jìn)行調(diào)速，既能夠調(diào)節(jié)水泵的出水量，又可以降低電動機的功耗。

4 循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

4.1 變頻器選型

高壓變頻器選型改造的循環(huán)水泵是兩臺雙側(cè)布置，甲乙兩臺水泵均采用調(diào)節(jié)閥門開度的方式控制流量，由于電機設(shè)計時冗余較大，加上流量控制采用閥門調(diào)節(jié)引起的阻力損耗，電能的浪費特別嚴(yán)重，影響機組的經(jīng)濟運行。一般情況下，變頻器容量應(yīng)不小于電動機容量，這樣能滿足電機在額定出力內(nèi)進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。在現(xiàn)實生產(chǎn)工作中，根據(jù)實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省變頻器投資及減少配套設(shè)施。某電廠循環(huán)水泵的配套電機功率為6KV/250KW，為了滿足50Hz時滿負(fù)荷運行要求，為其配備了容量為320kVA的變頻器以滿足各種工況下不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求。

4.2 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

變頻調(diào)速將給定水壓做為恒定參考值，水壓給定值與水壓反饋量比較而產(chǎn)生的誤差信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器處理后，用于控制變頻器的輸出頻率。高壓變頻器為異步電動機提供電源，通過改變變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，從而可以方便地調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電機組現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，根據(jù)機組的負(fù)荷情況，DCS按照事先設(shè)定好的程序?qū)﹀仩t循環(huán)水泵電機的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動控制。將工頻交流電源通過整流器變換成直流，然后在通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流電。其中整流部分采用二極管組成的不控整流器，逆變部分采用全控型功率器件IGBT組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器，采用濾波電容。通過壓力信號調(diào)整變頻器頻率，控制實現(xiàn)管道壓力、流量的閉環(huán)控制。利用原循環(huán)泵接觸器，并采集接觸器閉合信號，延時啟動變頻器。為了確保最高處具有足夠的壓力，在回水管上安裝一個壓力表，如果回水壓力低于規(guī)定值，電動機的轉(zhuǎn)速不再下降。高壓變頻器需要提供給DCS的開關(guān)量包括故障報警、待命指示、運行指示、高壓合閘允許、高壓緊急分?jǐn)?、開閥門、關(guān)閥門等;高壓開關(guān)柜提供給變頻器的開關(guān)量有：1個，工頻高壓開關(guān)已分閘。DCS需要提供給高壓變頻器的開關(guān)量包括：啟動變頻、停運變頻器、閥門關(guān)嚴(yán)、閥門開全。

結(jié)語

在選煤廠工藝中使用變頻調(diào)速技術(shù)有著非常重要的作用，不僅可提高選煤廠自動化控制水平、工作質(zhì)量和效率，而且可確保設(shè)備運行的安全穩(wěn)定性，延長各設(shè)備的使用壽命，減少安全事故的發(fā)生幾率。

參考文獻(xiàn)

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