摘要：介紹了國(guó)產(chǎn)HIVERT-Y(T)10型高壓變頻裝置的技術(shù)特點(diǎn)，三房巷集團(tuán)華星合成有限公司、華怡聚合有限公司、興宇新材料有限公司循環(huán)水系統(tǒng)三臺(tái)(800kW、900kW、500kW)水泵變頻改造的技術(shù)方案，運(yùn)行中存在的問(wèn)題及解決方法，通過(guò)與改造之前運(yùn)行經(jīng)濟(jì)比較，表明變頻改造的節(jié)能效果顯著，并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠性。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 循環(huán)水泵 電動(dòng)機(jī) 節(jié)能 矢量控制 閉環(huán)控制(PID調(diào)節(jié))
一、前言：變頻調(diào)速可以對(duì)電動(dòng)機(jī)連續(xù)調(diào)速，也可以在不改變接線的情況下改變轉(zhuǎn)速方向。其優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電流小，加減速度可調(diào)節(jié)，電機(jī)可以根據(jù)拖動(dòng)負(fù)載需要在高速或低速情況下連續(xù)運(yùn)行，在負(fù)荷降低的情況下保護(hù)功能齊全、節(jié)能效果明顯等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
二、基本概況
(圖1)
江蘇三房巷集團(tuán)下屬華星合成有限公司、華怡聚合有限公司、興宇新材料有限公司各有自己的一套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，分別擔(dān)負(fù)著華星合成有限公司40萬(wàn)噸聚酯和海倫化纖有限公司40萬(wàn)噸短纖工業(yè)冷卻用水循環(huán)、華怡聚合有限公司40萬(wàn)噸聚酯和運(yùn)倫化纖有限公司40萬(wàn)噸短纖工業(yè)冷卻用水循環(huán)、興宇新材料有限公司40萬(wàn)噸聚酯和40萬(wàn)噸瓶級(jí)切片裝置工業(yè)冷卻用水循環(huán)的艱巨任務(wù)，華星合成有限公司有三臺(tái)800KW的大功率水泵，華怡聚合有限公司有三臺(tái)900KW的大功率水泵，興宇新材料有限公司共有三臺(tái)500KW的大功率水泵，(如圖1)在引進(jìn)高壓變頻器以前，由于生產(chǎn)負(fù)荷的變化和一年四季溫度的差異各循環(huán)水系統(tǒng)的用水量都不同，車(chē)間采用調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的方式和增減運(yùn)行水泵的數(shù)量來(lái)控制出水總管的壓力，通過(guò)這兩種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：
(一)：采用調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的方式
1、循環(huán)水泵額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，閥門(mén)調(diào)整節(jié)流量損失大、出口壓力高、管道損失嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)。
2、當(dāng)所需流量降低減小閥門(mén)開(kāi)度時(shí)，離心泵壓力同時(shí)上升，而閥門(mén)后的運(yùn)行壓力卻又很低，使閥前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加。
3、長(zhǎng)期的50～80%閥門(mén)開(kāi)度，使大量的軸功率消耗在離心泵體的內(nèi)部壓力的無(wú)效損耗上，不但浪費(fèi)了大量的能源，同時(shí)由于泵體內(nèi)壓力較大，其機(jī)械結(jié)構(gòu)的損害也較大，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門(mén)控制特性變差。
4、設(shè)備使用壽命短、日常維護(hù)量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費(fèi)。
(二)：采用增減運(yùn)行水泵的數(shù)量的方式
1、如果不調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，當(dāng)負(fù)荷用戶(hù)少的時(shí)候，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行就會(huì)增大出水總管的壓力，超過(guò)正常使用壓力增加了電能損耗。
2、當(dāng)負(fù)荷用戶(hù)多的時(shí)候，就要多開(kāi)一臺(tái)水泵又超出負(fù)荷用戶(hù)少的需求，同樣會(huì)增大出水總管的壓力，超過(guò)正常使用壓力增加了電能損耗。
3、輸水管網(wǎng)壓力過(guò)高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門(mén)泄漏，管線爆裂等情況發(fā)生。
(三)：系統(tǒng)工頻情況下存在的問(wèn)題
1、 主電機(jī)直接起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)的電流很大，會(huì)影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其它用電設(shè)備的安全運(yùn)行。
2、 電機(jī)經(jīng)?？蛰d運(yùn)行，屬非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。
3、 電機(jī)工頻最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行使電動(dòng)機(jī)及水泵運(yùn)行時(shí)噪音很大。
4、 電機(jī)工頻直接起動(dòng)對(duì)設(shè)備的沖擊大，對(duì)水泵的密封及電機(jī)軸承的磨損大，增加了設(shè)備維護(hù)工作。
三、變頻改造的可行性分析
解決上述問(wèn)題的重要手段之一是采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。利用高壓變頻器對(duì)給水泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)給水流量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。這樣，不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差難以控制的缺點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性;更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門(mén)孔口變化造成的壓力、流量損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對(duì)管路密封性能的破壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減小了維護(hù)量，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約了能源。由于我們集團(tuán)三個(gè)分公司都有一套循環(huán)水系統(tǒng)，原設(shè)計(jì)要求是裝置滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)兩用一備，綜合我們實(shí)際運(yùn)行工況，一臺(tái)運(yùn)行或兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的幾率各有一半，這樣考慮改裝一套變頻驅(qū)動(dòng)就能滿(mǎn)足實(shí)際需要了，當(dāng)一臺(tái)輕負(fù)荷運(yùn)行就能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要時(shí)就用變頻的循環(huán)水泵;當(dāng)需要一臺(tái)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)就開(kāi)一臺(tái)不變頻的循環(huán)水泵;當(dāng)一臺(tái)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行仍不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要時(shí)就開(kāi)一臺(tái)不變頻的循環(huán)水泵和一臺(tái)變頻的循環(huán)水泵。
(一)、變頻設(shè)計(jì)原則
根據(jù)原工況存在的問(wèn)題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，循環(huán)水泵變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：
1、 電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)下保持循環(huán)水泵出口壓力穩(wěn)定，壓力波動(dòng)范圍不能超過(guò)±0.05Mpa。
2、 系統(tǒng)具有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩套控制回路。開(kāi)環(huán)控制能夠根據(jù)設(shè)定頻率穩(wěn)定運(yùn)行;閉環(huán)控制能夠根據(jù)設(shè)定壓力依靠自身PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證輸出壓力穩(wěn)定。
3、 在負(fù)荷用戶(hù)減少總管壓力增高的情況下，降低循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速，輸出流量降低，同時(shí)循環(huán)水泵的輸出壓力也同時(shí)隨之降低，保證了總管壓力的穩(wěn)定，這樣，在調(diào)低流量的同時(shí)，離心泵內(nèi)部壓力也隨之下降，具有極好的節(jié)電效果。
4、 為了防止高次諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾，變頻器應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。
5、 在用電負(fù)荷小的情況下，變頻器處在低頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保障電機(jī)繞組溫度和電機(jī)的噪音不超過(guò)允許的范圍。
(二)、變頻改造后可能出現(xiàn)的問(wèn)題解決方案
1、高壓變頻柜的安裝位置，因?yàn)槭窃谠猩a(chǎn)車(chē)間安裝，必須要為這樣一套設(shè)備找一個(gè)合適的安裝位置。根據(jù)我公司實(shí)際情況就近分別為三套變頻器柜隔出了專(zhuān)用的變頻器室。如圖2
(圖2)
2、因?yàn)槊刻赘邏鹤冾l柜都有自身配套的變壓器和功率單元，自身發(fā)熱量也是相當(dāng)可觀的，妥善解決散熱問(wèn)題也是關(guān)鍵的一環(huán)，解決散熱問(wèn)題既能保證變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行又能達(dá)到節(jié)能的效果，根據(jù)我公司冷凍水系統(tǒng)富裕的情況采用了高壓變頻室安裝冷水空調(diào)的方法，使高壓變頻室內(nèi)四季都能保持恒定的室溫，為變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的工作環(huán)境，減少了高壓變頻器故障發(fā)生的機(jī)會(huì)。
(三)、變頻器的選型
根據(jù)上述原則，經(jīng)過(guò)調(diào)研、比較，最終選擇國(guó)產(chǎn)合康HIVERT-Y(T)10型高壓變頻裝置改造循環(huán)水泵。
1、合康HIVERT-Y(T)10型變頻器具有良好的頻率控制性能：頻率分辨率為±0.01HZ;可使循環(huán)水泵輸出壓力波動(dòng)范圍滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
2、系統(tǒng)具有靈敏的限流保護(hù)功能，過(guò)載能力120%額定電流一分鐘，150%額定電流立即保護(hù)。
3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)了閉環(huán)與開(kāi)環(huán)兩套控制回路，在沒(méi)有傳感器的情況下也能達(dá)到節(jié)能效果。
4、合康HIVERT高壓變頻器人機(jī)界面采用全中文LCD顯示操作界面，負(fù)責(zé)信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，面板輕觸按鈕直接操作。如圖3
(圖3)
5、 在該變頻器輸入側(cè)有隔離變壓器，二次線圈經(jīng)過(guò)移相為功率單元提供電源，消除了大部分由單個(gè)功率單元引起的諧波電流，無(wú)需安裝輸入濾波器，也無(wú)需安裝輸出濾波裝置，有效的抑制了變頻器對(duì)電網(wǎng)和其他設(shè)備的干擾以及電機(jī)的溫升和噪音。
6、系統(tǒng)具有內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器不需外置控制儀表可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行。
四、變頻改造方案原理
由循環(huán)水總管壓力變送器、合康HIVERT高壓變頻器、高壓電動(dòng)機(jī)組成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)自身PID自動(dòng)調(diào)節(jié)，反饋壓力與設(shè)定壓力進(jìn)行PI比較運(yùn)算，實(shí)時(shí)控制變頻器的輸出，使循環(huán)水系統(tǒng)總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，進(jìn)行恒壓控制。
五、變頻改造后的情況
1、節(jié)約能源
變頻器改造后，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)生產(chǎn)需要的循環(huán)水流量來(lái)控制循環(huán)水電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行頻率，達(dá)到既能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要又能節(jié)約能源的目地。
2、降低運(yùn)行成本
循環(huán)水泵的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：設(shè)備采購(gòu)成本、運(yùn)行維護(hù)成本和電費(fèi)成本。其中電費(fèi)成本是一個(gè)長(zhǎng)期消耗的成本，以一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行壽命10年來(lái)算，電費(fèi)成本大約是設(shè)備采購(gòu)和運(yùn)行維護(hù)成本的近40倍，通過(guò)變頻器改造使電費(fèi)成本降低30%左右，加上變頻起動(dòng)后對(duì)設(shè)備的沖擊減弱，設(shè)備維護(hù)和維修量也跟隨減少，運(yùn)行成本得到了很大的降低。
3、提高壓力控制精度
變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精確的壓力控制，使循環(huán)水泵壓力輸出與生產(chǎn)系統(tǒng)所需的流量相匹配，壓力的穩(wěn)定保證了生產(chǎn)車(chē)間系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
4、延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和循環(huán)水泵的使用壽命
變頻器從0HZ起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)加速時(shí)間可以調(diào)整，緩慢加速減少了起動(dòng)時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)和循環(huán)水泵的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，使電動(dòng)機(jī)和循環(huán)水泵的使用壽命延長(zhǎng)。
5、變頻控制能夠減少機(jī)組起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓造成的波動(dòng)，保證了電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電安全。
6、經(jīng)過(guò)3年左右的運(yùn)行，合康HIVERT高壓變頻器調(diào)速裝置運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，即滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝的要求，又具有顯著的節(jié)能效果。
六、結(jié)束語(yǔ)：
通過(guò)對(duì)江蘇三房巷集團(tuán)下屬華星合成有限公司、華怡聚合有限公司、興宇新材料有限公司的三套冷卻水循環(huán)系統(tǒng)高壓變頻器調(diào)速改造，解決了大容量的離心泵在供水量與用戶(hù)實(shí)際需要流量經(jīng)常變化不匹配的難題。使三臺(tái)水泵安全地運(yùn)行于額定流量以下，并可以保持精確的壓力調(diào)節(jié),保證了生產(chǎn)用戶(hù)用水的需求。
（轉(zhuǎn)載）
