1 循環(huán)水泵參數(shù)和工況

D#空分3臺循環(huán)水泵的參數(shù)相同，水泵為濟南奔騰泵業(yè)有限公司生產(chǎn)，型號為BTOW600-710型，額定轉(zhuǎn)速970 r/min，效率85豫，供水量6 000 m3/h，揚程50 m。拖動循環(huán)水泵的3 臺電動機為YKK5603-6 型，額定功率1 120 kW，額定電壓6 kV，額定電流124.6 A，功率因數(shù)cos漬=0.87，額定轉(zhuǎn)速992.2 r/min，F(xiàn) 級絕緣，繞組Y 接，由哈爾濱電機廠有限責任公司生產(chǎn)。

A#，B#，C#，D#，E# 5 臺循環(huán)水泵采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)，補給水經(jīng)化學弱酸陽離子交換器處理后的軟化水。循環(huán)水泵采用單元制供水系統(tǒng)，即每臺機組配1 座冷卻塔，1 條壓力循環(huán)水管，1 條雙孔自流水溝和1 臺循環(huán)水泵。冷卻水塔采用風筒式逆流自然通風冷卻塔，通風筒為雙曲線旋轉(zhuǎn)殼。在循環(huán)供水系統(tǒng)中，是由循環(huán)水泵實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用的。經(jīng)熱交換后的熱水進入冷卻設施進行冷卻，使其水溫降至允許值，然后又重復將冷卻水輸入冷卻器而循環(huán)使用，由于系統(tǒng)水位基本上是穩(wěn)定的，故循環(huán)水泵的揚程也基本穩(wěn)定，而其容量按計算水量確定。循環(huán)水泵隨機組長期連續(xù)運行，由于機組負荷經(jīng)常變化，需要及時調(diào)整循環(huán)水流量，以保證機組的安全經(jīng)濟運行。在正常運行工況下，5臺循環(huán)水泵運行3 臺，另2 臺循環(huán)水泵備用。

即使在同一負荷的情況下，不同的外部環(huán)境也使得循環(huán)水流量的需求不同。利用高壓變頻器根據(jù)實際需要對循環(huán)水泵進行調(diào)速控制，從而既保證和改善運行工藝，又可達到節(jié)能降耗的目的。

2 改造方案

過去，設備的選擇都是按最大負荷情況來選型，在實際運行中設備留有較大的裕量，一般對冷卻循環(huán)水的流量與壓力的控制是通過將冷卻循環(huán)水泵出，以入口管上的調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)的，這樣就造成電動機運行效率較低，電能浪費。為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，經(jīng)過調(diào)研與比較，反復論證，決定選用上海衛(wèi)能能源科技有限公司生產(chǎn)的ZNR系列智能高壓變頻變頻器對D#空分A#，B#，C#三臺循環(huán)水泵進行變頻調(diào)速節(jié)能改造，以解決能源浪費問題。

ZNR-A6H 1250/06YA10型智能高壓變頻器，額定電壓為6 kV，額定容量為1 250 kV·A，采用的電路是6級H橋級聯(lián)拓撲方式，適配電機為異步電機，采用“一”字排列安裝形式，控制程序版本為A10型。

D#空分循環(huán)水系統(tǒng)要求運行可靠性高，為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，考慮到變頻調(diào)速系統(tǒng)退出運行后不影響生產(chǎn)，確保循環(huán)水系統(tǒng)正常運行，結合實際運行狀況，設計為變頻器加裝工頻旁路裝置，當變頻器故障時，變頻器退出運行，可將電機直接手動切換到工頻電源，恢復到原有系統(tǒng)運行方式。

3 系統(tǒng)的配置與工作原理

ZNR 系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主體結構采用“一”字布置，由旁路柜1面、變壓器柜1 面、功率逆變柜和控制柜1 面、連接電纜1 套等組成，如圖1所示。旁路柜中的工頻旁路由2 個高壓隔離開關K1、K2 組成，其中QF 為用戶高壓開關柜原有高壓斷路器。變頻運行時，K1 和K2 閉合，切換K2 至變頻運行位置;工頻運行時，K1 和K2 閉合，切換K2至工頻運行位置。當高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制器自動跳開QF，操作打開K1，切換K2 至工頻運行位置，可將電機轉(zhuǎn)切至工頻運行，此時變頻調(diào)速系統(tǒng)從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，高壓變頻器對6 kV 開關QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，工頻旁路時，變頻器允許QF 合閘，撤消對QF 的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動。

ZNR系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有強大的自動控制和通信功能，高壓變頻裝置投運后，電機運行方式以變頻運行為主，裝置具備手動旁路功能，在變頻裝置出現(xiàn)故障后，可以旁路工頻運行。

高壓變頻裝置現(xiàn)場電控箱可以實現(xiàn)變頻器的啟動、停止，具有運行、停止指示，以及電機電流、電機轉(zhuǎn)速顯示，可以根據(jù)負荷情況調(diào)節(jié)現(xiàn)場電位器改變變頻器輸出頻率以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。工藝DCS控制室具有電機運行電流指示，運行狀態(tài)顯示，故障跳閘顯示，并具有DCS 手操急停功能。高壓變頻裝置本身具有功能完善的各項保護，電源斷路器引入高壓變頻裝置保護連鎖，在變頻裝置不具備運行條件時電源斷路器不能合閘，同時在高壓變頻裝置故障跳閘后聯(lián)跳電源斷路器。循環(huán)水泵變頻調(diào)速節(jié)能改造控制回路電氣原理圖如圖2所示。

4 控制器功能基本參數(shù)

ZNR系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制器功能基本參數(shù)如表1 所列。

5 改造前后運行情況及效果

本次只對5 臺并聯(lián)水泵中的3 臺進行了改造，正常運行工況為3 臺變頻。由于季節(jié)及晝夜溫度的差別使得變頻系統(tǒng)的運行有著特殊性，管網(wǎng)總出口的壓力取決于兩臺并聯(lián)水泵各自的出口壓力，從而決定了變頻泵不可能在太低的頻率下運行，否則會引起倒流或不出水的情況。另一方面，太低的頻率會導致整體壓力下降，達不到循環(huán)水系統(tǒng)總體的揚程要求，處于工頻定速運行的水泵也易導致過流發(fā)生。根據(jù)以往的運行實踐經(jīng)驗，在工頻泵與變頻泵同時運行的情況下，使變頻泵最低的頻率保持在38 Hz以上，在變頻泵單獨運行時，變頻器可以根據(jù)需要在5耀45 Hz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)(變頻泵調(diào)節(jié)的頻率必須滿足水泵出口壓力最低要求)，這樣可以滿足運行需要，同時可對出水量進行連續(xù)的調(diào)節(jié)。

5.1 變頻改造前后的節(jié)能計算

工頻(50 Hz)運行時，輸入電壓6 kV，輸入電流數(shù)據(jù)為：

3月27日14:30輸入電流103.8 A;

3月27日21:35輸入電流106.4 A;

3月28日08:00輸入電流105.2 A;

3月28日21:00輸入電流104.8 A;

3月29日06:25輸入電流104.1 A;

工頻運行時，平均電流I1=104.86 A，功率因數(shù)cos漬1=0.85。

變頻運行時，輸入電壓6 kV，運行頻率和輸入電流數(shù)據(jù)為：

3 月27 日11:00 頻率為41.55 Hz，輸入電流為67.5A;

3 月27 日12:00 頻率為41.55 Hz，輸入電流為67.6A;

3 月27 日13:00 頻率為41.55 Hz，輸入電流為67.7A;

3 月27 日14:00 頻率為41.55 Hz，輸入電流為67.7A;

變頻運行時，平均電流I2=67.63 A，功率因數(shù)cos漬2=0.98。

假如全年運行時間為330 天，可知變頻改造后每年節(jié)省用電為(I1 cos漬1-I2cos漬2)伊6伊1.732伊24伊330=1 449 434 kW·h。

根據(jù)上網(wǎng)電價，每年節(jié)省電費為1 449 434kW·h伊0.5 元/kW·h=72.5萬元。不到兩年時間就可收回全部投資。變頻運行時節(jié)電率達到40%。據(jù)統(tǒng)計設備運行頻率在35 Hz就可以達到工藝所要求的出水壓力，而在春冬秋三個季節(jié)，設備完全可以在35 Hz 下運行，故節(jié)電率可達到50%左右。

5.2 其他效益分析

首先，電源側功率因數(shù)提高。原電機直接由工頻驅(qū)動時，功率因數(shù)為0.8耀0.86，采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側的功率因數(shù)可提高到0.95 以上，可減少大量無功功率，進一步節(jié)約了上游設備的運行費用。其次，循環(huán)水泵采用變頻調(diào)速后，由于通過降低電機水泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，電機、水泵轉(zhuǎn)速降低，管網(wǎng)壓力降低，輔助設備如軸承、閥門等磨損大大減輕，設備運行與維護費用下降，維護周期可加長，設備運行壽命延長。另外，采用高壓變頻調(diào)速后，電機實現(xiàn)了軟啟動，啟動電流不超過電機額定電流的1.2 倍，避免了全壓啟動對電網(wǎng)和電動機的沖擊，降低了電動機的故障率，延長了電動機使用壽命，維護周期增長，電機檢修費用也大幅降低。

6 結語

設備改造工程于2008 年11 月完成，高壓變頻器一次試車成功，運行正常，運行頻率在40 Hz左右，保證了循環(huán)水的正常溫度，取得了明顯的節(jié)電效果，并獲得很好的經(jīng)濟效益和社會效益，為高壓電機的節(jié)能改造積累了豐富的經(jīng)驗。