1 引言
我公司動(dòng)力車間有1#、2#、3#高壓循環(huán)水泵，正常運(yùn)行時(shí)“二用一備”，3臺(tái)電機(jī)均為直接工頻啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，既影響設(shè)備壽命又對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大沖擊。晝夜循環(huán)水溫度變化較大，對(duì)循環(huán)水量要做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。但原設(shè)備工頻定速運(yùn)行時(shí)，只能靠調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)節(jié)循環(huán)水量的大小，通過人為改變管網(wǎng)的阻力，增加管網(wǎng)損耗來調(diào)節(jié)水量，造成相當(dāng)大的一部分能量浪費(fèi)在閥門上，致使電費(fèi)居高不下。使用閥門調(diào)節(jié)流量，不僅不能夠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且增加了工人的工作量，調(diào)節(jié)不及時(shí)還會(huì)造成管網(wǎng)壓力過高或過低，流量過大或過小，影響生產(chǎn)工藝及設(shè)備的安全運(yùn)行。為了降低生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本，提高工藝精度及工作效率，迫切需要對(duì)其中1臺(tái)循環(huán)水泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能降耗改造。
經(jīng)多次調(diào)研、考察，綜合比較目前市場(chǎng)上的調(diào)速設(shè)備，最終決定采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的harsvert-a06/050直接高－高型變頻器對(duì)其中1臺(tái)（3#）循環(huán)水泵進(jìn)行節(jié)能改造。利用壓力變送器采集循環(huán)水主管道壓力自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，保持循環(huán)水主管道恒壓。
2 harsvert-a高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)方案
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理如下。
高壓變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6kv系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，整套系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kv系列有21個(gè)功率單元，每7個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖2所示，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對(duì)igbt逆變橋進(jìn)行正弦pwm控制，可得到如圖3所示的波形。
輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成42脈沖整流方式；這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器。
輸出側(cè)由每個(gè)單元的u、v輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的pwm波形進(jìn)行重組，可得到如圖4所示的階梯pwm波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。
當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，可將此單元模塊旁路，退出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行。變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行，如此可減少很多場(chǎng)合下停機(jī)造成的損失，避免了由于一個(gè)大功率高壓開關(guān)器件的故障而導(dǎo)致整機(jī)故障、停機(jī)的產(chǎn)生，從而保證了變頻器的可靠性。利德華福的產(chǎn)品最多可允許2-3個(gè)單元模塊的旁路。
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3 一次主回路方案
通過咨詢，我們決定采用一拖一手動(dòng)旁路方案：主回路由負(fù)荷開關(guān)qf、3個(gè)高壓隔離開關(guān)qs1、qs2和qs3及高壓變頻器組成，如圖5所示。其中要求qs2和qs3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。高壓隔離開關(guān)qs1、qs2、sq3加裝電磁鎖，電磁鎖的操作電源使用qf的輔助觸點(diǎn)閉鎖。只有當(dāng)qf斷開時(shí)，qs1、qs2、sq3的電磁鎖才能得電，可以正常操作。在變頻運(yùn)行時(shí)，qs1和qs2閉合，qs3斷開，變頻器得電啟動(dòng)后，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；工頻運(yùn)行時(shí)，qs3閉合，qs1和qs2斷開，qf閉合后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)工頻直接啟動(dòng)，恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài)。
4 節(jié)能計(jì)算
4.1 水泵變頻調(diào)速的節(jié)能原理
根據(jù)流體力學(xué)原理：
當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，可以按需要升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵的性能曲線，使水泵的額定參數(shù)滿足工藝要求，根據(jù)水泵的相似定律，變速前后水量、水壓、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：
q1/q2=n1/n2
h1/h2=（n1/n2）2
p1/p2=（n1/n2）3
式中：q1、h1、p1—風(fēng)機(jī)在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的水量、水壓、功率；
q2、h2、p2—風(fēng)機(jī)在n2轉(zhuǎn)速時(shí)相似工況條件下的水量、水壓、功率。
假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：n2/n1=1/2，則p2/p1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率，以達(dá)到節(jié)能的目的。
3#循環(huán)水泵功率為450kw，年運(yùn)行時(shí)間8000h，水泵流量q和壓力h在采用閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)，近似滿足如下關(guān)系：
h=a-（a-1）q2
其中a為水泵出口封閉時(shí)的出口壓力，約為140%。
4.2 實(shí)際運(yùn)行的節(jié)電計(jì)算
?。?） 恒壓設(shè)定。
參考循環(huán)水裝置工藝要求，得出“壓力”是保證循環(huán)水工藝的充分條件，即壓力達(dá)到0.45mpa，才能保證循環(huán)水溫度要求。泵出口壓力過低則無法克服水的勢(shì)能，無法將循環(huán)水送至冷卻塔；壓力過高則泵出水量增大，經(jīng)冷卻循環(huán)水的效率不高。因此決定采用“恒壓”閉環(huán)控制方法，調(diào)整變頻裝置給定頻率，找到工藝所需的壓力最低臨界點(diǎn)，使其既滿足工藝所需壓力，又能保證循環(huán)水需求量，使進(jìn)出冷卻塔的溫差△t穩(wěn)定在8℃～16℃之間。
?。?）3#循環(huán)水泵變頻運(yùn)行記錄（11月10日），見表1。
（3）統(tǒng)計(jì)匯總，見表2。
65結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐證明：harsvert-a06/050型高壓變頻器在循環(huán)水泵上的應(yīng)用是成功的。使用高壓變頻器后，節(jié)能效果明顯；出入口閥門全開，減少了閥門能耗損失；實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命；內(nèi)置plc通過采集現(xiàn)場(chǎng)的水壓數(shù)據(jù)（4～20ma信號(hào)），根據(jù)其設(shè)定值和實(shí)際值的變化情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，控制水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，大大提高了脫硫工藝的自動(dòng)化水平，具有良好的使用價(jià)值。
（轉(zhuǎn)載）
