高压变频器在给水泵电机上的应用及节能分析
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高压变频器在给水泵电机上的应用及节能分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】：
对中国铝业山东分公司热电厂220T/H锅炉给水泵进行了改造，通过加装变频器，极大的提高了电力的有效使用率，从而在更大范围内节约电能，社会效益十分显著。针对我厂恶劣的生产环境，采取了多层防护措施，并自行设计加大了该装置的散热能力 ，同时此变频器具有过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路、超频保护、失速、过热保护、瞬时停电保护等，并能联跳6KV断路器开关，极大的提高了设备的运行稳定性。
关键字：变频器 变频节能
中图分类号： TE08 文献标识码： A
一、概述
1.近几年随着变频技术的提高，变频器调速技术在生产机械上的应用得到很大推广，在满足生产机械调速要求的同时，其节电性能亦十分显著，特别是在泵类、风机类需随生产状况调整的机械上的应用，节能效果更加显著。在生产实际中我们选择自备电厂220T/H 锅炉汽包的给水泵来使用变频装置，就是基于它在生产中需随生产经常调整的考虑。
2.项目的实施情况：此项目是在2006年3月份开始设计、准备，2006年5月份进行施工，6月份投入正常使用。其设备运行良好，工况参数保持稳定。
3、该变频装置的特点：我们采用的是ABB公司生产的变频装置，其变频调节技术已十分成熟，尤其在高压变频器方面。它的特点是谐波量小，工作稳定，保护齐全有效。针对我厂实际生产情况，将安全措施引入到变频控制系统中，更加保证了设备的安全及人身安全。
4、ABB变频器对环境的要求很高，针对我厂恶劣的生产环境，采取了多层防护措施，并自行设计加大了该装置的散热能力 ，保证了设备的稳定运行。
二、变频装置介绍
1、 变频装置型号ACS1013，由ABB公司生产，使用参数：
额定电压3.3KV
额定电流332A
额定功率1900KVA
变频器输出的电压波形将直接影响电机的运行稳定性，波形的失真度大于标准，将使电机产生周期性振动或电机转子产生窜轴[3]。该装置符合IEEE519.1992对电压波形失真度的要求，同时也符合GB14549-93对谐波失真度的要求。
2、 该装置在电机的共振点（约1890rpm），采取变频器输出波形自控调整的技术，让其自动、快速跳过共振点。
3、该变频装置同时具有过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路、超频保护、失速、过热保护、瞬时停电保护等，并能联跳6KV断路器开关。
4、 变频装置的操控量
开关量输入：起动、停止、手/自、急停
开关量输出：变频器准备好、变频器故障、变频器报警
模拟量输入：速度给定
模拟量输出：电流、频率
5、 功率因数：由于变频器是根据负载情况来确定功率的输出，当频率输入给定后，变频器自动根据负载情况以及输入的负载特性进行调整，其轴输出随着负载的变化而变化，从而达到功率的匹配输出，其转速与功率因数的变化曲线如下：
cosψ
％ 实际转速/ 额定转速×100％
图1. 变频器功率因数变化曲线
上图说明在电机使用变频调速后，功率因数近乎线性变化，功率因数在工作转速区域得到明显提高。
6、 电机软启动，无冲击电流。变频器在启动时可设定低转速，本系统设置为1000rpm并设定启动时间（约为10s左右），通过设置对变频器的启动加速度Δn/Δt进行有效控制，从而按我们的要求达到软启动的效果，有效避免大功率电机的启动对机械设备的冲击。
三、 关于变频装置结合电厂控制系统的改进
变频器厂家提供的变频设备场是较成熟的产品，但在与原有生产设备控制系统合茬时，存在许多有待进一步完善的地方，尤其在安全操作方面，结合电厂实际情况及设备状况我们进行了以下改进。
1、 控制系统：
1.1将变频器的工频允许条件，串入我厂给水泵断路器跳合闸回路，如图：
+KM kk 工频允许
⑤ ⑧ km2 断路器合闸
⑥ ⑦ km2 断路器分闸
原有电机控制开关
图2. 改进后的给水泵工频允许控制回路
由图可看出，改进后电机的工频操作（由KK开关完成）必须得到变频系统km2的允许方可操作。
1.2在变频控制模式下，电机断路器分合闸回路串入变频允许条件，以增加操控的可靠性。（见图3）
变频允许PLC允许
变频允许PLC允许
图3. 改进后的给水泵变频允许控制回路
以上两项改进后，增加了在工、变频切换时的安全操作系数，即使误操作，也不会发生设备事故，该设备的操控安全性得到提高，这一点是必须要保证的。例如，在变态下，即使发生了工频合闸误操作，控制回路（如图2）中km2断开，使KK指令操作无效。
2、 给水泵变频改造完成后，在试运时发现变压器及变频器发热量很大，变压器本体达125℃，变频器也发出温度报警。我们在变压器柜上方端盖切开400mm*800mm的排风口，并加装轴流风机强迫变压器散热，风机开关的辅助接点接入变频器启动回路，在风机未开机时，变频器不能启动。同时在变频器柜上方安装引风管道，将变频设备发出的强热及时外排，使变频装置内部温度降低到正常。
四、社会经济效益分析
电厂给水泵电机型号YK1600-2、1600KW，由于是直接将水输送至锅炉，这就对电机的出力要求较高，要求其扬程高、压力高，其流程简图4如下：
给水调节门
电机 给水泵
图4. 电厂给水管路系统示意图
1、 变频改造前，给水泵给水调节门开度约为20%，由此造成节流压力（约16Mpa），以保证锅炉供水压力。
2、 变频改造后，调节门理论上应完全打开（开度100%），在实际生产中约为80%左右，给水泵出口压力为1.3Mpa，这也是变频器根据生产实际状况进行自我调整的结果。
3、 数据分析：
方法一： 实际数据法
⑴工频时，现场实测给水泵电机电源侧数据：
电压V= 6KV，电流I=160A，转速η=2985转/分
⑵变频时，现场实测给水泵电机电源侧数据：
电压V=6KV，电流I2=105A，转速η′=2700转/分
⑶节能计算：由（1）、（2）数据得出节约电机轴输出功率
ΔP=U・ΔI・cosψ(假设cosψ不变)
=×6×55×0.85=485.83KW
则每天节能ΔP・24小时=11659.8度
方法二：理论分析方法
由流体力学原理知道，泵类机械的扬程（H），流量（Q），功率（P）与电机转速（n）有如下关系：
（1-1）
（1-2）
（1-3）
公式（1-3）说明电机轴输出功率与转速立方成正比[1]。
（1）在变频前：P′=1600KW，n′=2985转/分
（2）在变频后，由公式（3）得：P=P′・n=2700转/分（实测）
则P =1600×（2700/2985）3
=1182.7KW
则可节约轴输出功率ΔP＝1600-1182.7＝417.3KW。
每天可节省电量：417.3×24小时=10015.1度
综合方法一、方法二两种方法的计算，其节能结果基本吻合，若考虑在使用变频后功率因数的提高，以及所节省的给水调节门的节流损失，其节能效果更加明显。
4、效益计算：
(1)假设每天节电10015.度，若电费按0.5元/度计，则每年可节约电费：
10015.度×365天×0.5元/度=182.77万元
(2) 使用变频后功率因数的提高也极大的提高了电力的有效使用率，从而在更大范围内节约电能，社会效益十分显著。
(3)项目设备费260万元，土建、安装费13万元，其他费用5万元。
投资总计278万元（按年度）
综合以上计算，278÷182.77＝1.52×12个月＝18.24个月，即一年半即可收回投资，具有极高的推广价值。
五、结束语
通过对220T/H锅炉给水泵的变频改造，极大的提高了设备电力的有效使用率，对公司降本增效具有显著效果，同时变频器集成了各类保护，提高了设备的安全运转率，对公司的安全稳定生产有极大的促进作用。
参考文献：
1、王廷才． 变频原理技术及应用
2、石秋。变频器应用基础［M］ 高等职业技术教育 2003：
3、ABB ACS1013 变频器使用手册森
4、曹玉泉,王主恩. 异步电机变频调速技术(二)[J].油气田地面工程.1991(02)
5、周淑彦;变频器在典型负载上的应用[J];办公自动化;2008年08期