高压电机变频改造节能效果分析与存在的问题

高压电机变频改造节能效果分析与存在的问题

作者：杨建红

来源：《硅谷》2009年第02期

[摘要]对循环水泵实施变频改造节能效果分析与存在的问题进行研究。

[关键词]循环水泵变频改造节能

中图分类号：TM3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120023－01

一、问题的提出

本文结合现场设备实际情况，对酒钢动力厂制氧部21000m3/h制氧的循环水泵的控制过程进行了深入的分析。采用变频调节节能效果明显，特别是在低负荷工况运行时，节能效果更显著。缺点是投资大，运行调整复杂，对变频设备的可靠性要求高。循环水泵电机采用变频调节，可在不同季节、不同负荷，调节循环水泵的运行转速，以调节循环水流量，尤其是低负荷工况节电效果显著。

二、变频方案

高压变频系统包括：变频10KV断路器、变频器等。变频器10KV电源取至相对应机组10KV母线段备用开关。循环水泵高压变频系统电气连接系统如图1所示。

系统改造情况说明：

对两台循环泵电机高压变频器改造，需要增加变频器机柜1套和一拖二的旁路刀闸1套，变频器机柜和旁路刀闸安装在10KV工作段配电室，高压变频器配电室具有保温、防水、防尘等功能。具体方案如下：

（一）电气接线方式如图1。此方案是一拖二手动旁路的典型方案：原理是由6个手动高压隔离开关QS1－QS6和TF高压变频器、高压开关QF1、QF2、电动机M组成，高压开关QF1、QF2、电动机M1、M2为现场原有设备。

要求QS2和QS3之间实现可靠机械互锁，不能同时闭合；QS5和QS6之间实现可靠机械互锁，不能同时闭合；QS1和QS4实现电气互锁，QS2和QS5实现电气互锁，保证系统运行的可靠性。

M1变频运行时，QS3、QS4、QS5断开，QS1和QS2闭合。此时M2也可以闭合QS6实现工频运行；M1工频运行时，QS1和QS2断开，QS3闭合。

M2变频运行时，QS6、QS1、QS2断开，QS4和QS5闭合。此时M1也可以闭合QS3实现工频运行；M2工频运行时，QS4和QS5断开，QS6闭合。

（二）6个手动高压隔离开关QS1－QS6为和TF高压变频器安装在10KV工作段配电室外。

（三）变频器装置有过电压，过电流，欠电压，缺相，变频器过载，变频器过热，电机过载等保护功能。

（四）变频器装置具有就地和远方两地操作功能。

三、变频改造后节能效益分析

循环水泵电机参数表如表：

变频方式下循环水量控制原理由流体力学原理知：输出流量Q与转速n成正比：

Q1/Q2=n1/n2；输出压力H与转速n的平方成正比：H1/H2=（n1/n2）2；输出轴功率P与转速n的立方成正比：P1/P2=（n1/n2）3。那么能量的转换关系为：当转速为额定转速时，100%转速变为100%流量、100%压力，输出轴功率为100%；当转速变为85%额定转速时，85%转速变为85%流量、72%压力，最后输出61%轴功率。可以看出，当输出轴的转速下降到75%时，输出轴的功率下降到42%。得知以上控制原理之后，我们拟将循环泵进行变频改造，要求每台机组均有至少一台变频设备投运，再根据结果统计节能效果。下面对两台机组变频节能情况做一统计。经改造后的变频转速调节与改造前的情况相比，其节能效果计算如下（这里仅做一台泵的计算）：

1．参数情况。电动机输出功率为315kW的循环水泵，年运转时间：300天×24小时。运转类型：1/2时间（3600小时）工作在85%流量，1/2时间（3600小时）工作在75%流量。改造前实测功率为：当转速变为85%额定转速时，输出轴功率为97%；当转速变为75%额定转速时，输出轴功率为91%。

2．改造前状况下运行。流量（Q）在85%时：需要功率=97%×315kW=305.55kW；流量（Q）在75%时：需要功率91%×315kW=286.65kW；全年消耗电量：（305.55W+286.65kW）×3600h=2131920kWh。

3．变频调速状况下运行。流量（Q）在85%时：需要功率=61%×315kW=192.15kW；流量（Q）在75%时：需要功率=42%×315kW=132.3kW；全年消耗电量：（192.15kW+132.3kW）×3600h=1168020kWh。

4．全年节能效果：2131920-1168020=963900kWh；节电率：963900/213

1920=45.2%。

5．全年节约资金：按国内平均电价0.6元/kWh计算：0.6/kWh×963900kWh=57.8万元。

四、存在的主要问题

1．目前变频产品存在一些问题，危及安全运行，主要是变频操作上位机死机（复为无效）、变频器卡件故障，高频运行时功率元件过热，厂用电源电压波动大时易引起变频器跳闸等：（1）启停10KV大功率设备时，如果本段有循环泵在变频状态运行，启动前应适当增加励磁，使10KV母线电压达到额定值或略高，启动正常后，再恢复启动前状态。（2）正常运行时，尽量减少和高压变频设备同一母线上的给水泵等大功率设备的启停操作。

2．目前的循环水系统在运行中存在以下问题：（1）循环水量不能连续调节，不能最佳冷却水量，从而不能保证机组运行的经济性。（2）循环水水量在冬、夏季温度变化较大，控制系统无法根据循环水水温的变化自动的供给适合的循环水水量，以满足机组稳定在最有利的情况下运行。（3）在冬季时，不能根据温度和流量准确的进行所开机组最大节能的控制。

参考文献：

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