乳化液泵站变频节能方案解析

乳化液泵站变频节能方案

引言

能源短缺是人类当前共同面临的世纪性难题。我国人口众多，能源资源相对匮乏,节约能源犹显重要。电力资源是资源战略问题中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。通过技术进步，逐步提高电力利用效率，煤矿井下乳化液泵站,由于环境恶劣,工况复杂,长期以来,尽管有效工作时间很短,但泵站却处于长期连续运转状态,造成电力浪费巨大，乳化液泵站改用变频器恒压供液控制后，将控制阀门或挡板开度全部打开，由变频器控制乳化泵电动机的转速从而改变管网的流量、压力,使供给量与需求量达到平衡，减少资源的浪费；通过改造后的系统较改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在40%—50%。

1、改造前的工作状态

在乳化液泵的应用中,流量、压力等参数常随应用的改变而变化。过去由于技术水平的限制,只能采用控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、压力等,即用人为增减阻力的办法来实现调节，当工作面需要注小流量时,大量能量损失在阀门上；而通常情况下，由于乳化泵的选型是按照最不利条件下、最大时流量及相应压力设计的,而在实际运动中,由于工作面条件的变化,乳化泵多为低负荷工作,以前靠泵出口阀门开度的大小来调节乳化液流量与压力,其能量耗损很大，而且对机械（如乳化泵、阀门）冲击较大，增加机械的损耗。

2、系统改造的基本组成

(1) 系统主控环节

系统整体的控制信号，包括压力设定信号，变频故障信号处理，压力检测处理均由变频器完成设定，对于整个系统的运行信号进行综合，尤其是当出现故障状态系统处理操作，是整个系统的核心控制部分。(2) 变频器部控制环节

变频器部控制，主要是指变频器部PID功能模块，部PID功能使现场工程师设置和调试方便，相对于原来的硬件PID板控制，省去了硬件维护需要，节省了成本。主控环节的压力设定信号与系统压力信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力。PID的特性可由参数选择。

(3) 电机控制环节

当管网压力的变化要求调解乳化泵的转速，控制乳化泵的运行状态。

(4) 执行环节执行环节为乳化泵。

(5) 信号反馈环节

管网压力的信号反馈，用于与设定环节形成PID控制闭环，对于乳化泵站系统，由于压力控制为一个大惯性环节，且其要求不太高，所以不必要使用微分环节。

3．工作过程描述

当变频器被投入自动运行时，乳化泵电机变频接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出液管网的压力信号与压力设定信号负反馈闭环，当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制变频电机维持在一定的频率下运行，此时变频器的PID调节器对管网的压力反馈信号与设定压力信号进行比较，当压力反馈信号值高于设定压力信号值时，PID自动调节变频器的输出频率，使变频器的输出频率降低，从而降低电动机的转速，使乳化泵站的输出液体减少，管网的压力下降，使系统的管网压力与设定压力基本平衡，并在新的平衡点运行；当压力反馈信号值低于设定压力信号值时，PID自动调节变频器的输出频率，使变频器的输出频率升高，从而提高电动机的转速，使乳化泵站的输出液体增加，管网的压力升高，使系统的管网压力与设定压力基本平衡，并在新的平衡点运行。变频器的PID调节是动态它对调节，它对管网的压力信号时时检测，并与压力设定信号进行比较，即时对变频器的输出频率进行调整，使管网的实际压力与设定压力一致，达到系统地恒压供液的效果，从而满足使用现场的工艺要求。

4．变频器的技术特性

采用高效数字信号处理器，高效完成实时控制计算；

便于用户使用的触摸液晶编程屏幕（CCS）及热插拔设计；

先进的无速度传感器矢量控制；

置PID调节器，可与各类变送器形成闭环控制系统；

采用低电感母线技术，大大降低谐波干扰；

载波频率围（2～16KHz）及可自动优化转矩调整功能，可实现静音运行；

变频器可以采用就地起动、停止控制方式，也可以利用PLC或外部其他设备进行远程控制；通过通讯（RS485、Modbus、Profibus）,可同时控制32台变频器；

完善的制动方案：直流制动、动态制动；

自动补偿电机转差（0～150%）；

变频器有在线、短时在线两种工作方式；

多台电机起动时先确定一台为主机，其余为从机，可实现多台联动；

变频器出现故障时，可将变频器旁路直接起动；

防爆壳体根据现场实际情况可采用快开形式为现场维护提供方便；

防爆变频器散热采用热管自然散热方式；

5．变频器的技术指标及规

额定输出频率通过编程最大可获得400Hz

电源额定输入电压和频率三相380/660/1140V 50Hz/60Hz；

允许电压波动±15%

允许频率波动±5%

控制特性

控制方式矢量控制、V/F控制

频率控制围0.1～400Hz

频率精度数字指令：0.01%(-10℃～+40℃)

乳化泵站配置图

7．改造中注意事项

a)正确设置设定和反馈对应曲线。

b)当供水基板与主控制基板距离较远时（20m以上），需提供附加电源以确保信号正确传输。

c) 适当使用变频器独特的负载检测和切断自停机功能，方便远程水泵的控制。

d)变频器输出使用屏蔽动力电缆，减少电磁干扰。

e)变频器距离控I制电机的距离不要超过50米。

8．变频调速其他附加好处

8.1 .网侧功率因数提高。原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.8左右，实际运行功率因数远低于0.7。采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。

8.2 .设备运行费用下降。采用变频调节后，通过接收乳化泵的反馈信号，变频自动调节输出频率，从而降低电动机的转速，达到高效节能的效果。

8.2 .电机使用寿命延长。用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行围，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。

8.4 .更完善地保护了电机。与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、过热等多项保护功能，更完善地保护了电机。

8.5 .适应电网电压波动能力强。电压工作围宽，电网电压在-15%～+10%之间波动时，系统可正常运行。

9．改造节能分析

煤矿井下乳化液泵站,由于环境恶劣,工况复杂,长期以来,尽管有效工作时间很短,但泵站却处于长期连续运转状态,造成电力浪费巨大,乳化液泵配件,高压管路等损耗严重,并且设备由于长期运转,造成发热严重,设备故障频繁,经常影响正常生产，乳化液泵站改用变频器恒压供液控制后，将控制阀门或挡板开度全部打开，由变频器控制乳化泵电动机的转速从而改变管网的流量、压力,使供给量与需求量达到平衡，减少资源的浪费；通过改造后的系统较改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在40%—50%。

10．节能效果测算