0 引言
目前, 我國大型異步電動機應用變頻調(diào)速剛剛起步，可是，國外已經(jīng)廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發(fā)展，高壓變頻裝置的型式也是多種多樣。按拓撲結構分就有IGBT直接串聯(lián)型，三電平型和多單元串聯(lián)電壓疊加型等。
通過長期的運行實踐可以發(fā)現(xiàn)大功率風機、水泵等需調(diào)速的設備，運用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進行驅(qū)動表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟效益，其可靠性也得到保證。而且，變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速、起動和制動性能、易于自動化控制、高效率、高功率因數(shù)、良好的節(jié)電效果及廣泛的適用范圍等優(yōu)點被國內(nèi)外公認為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。
在對低壓變頻器驅(qū)動的低壓電動機進行節(jié)能改造后，驅(qū)動大型水泵和風機的高壓大功率電動機的節(jié)能改造正在以驚人的速度推進，高壓變頻器、內(nèi)饋調(diào)速等多種高壓電動機的調(diào)速方法發(fā)展迅速，特別是高壓變頻器以良好的調(diào)速性能和較高的效率得到了廣大客戶的認可。
1 工況
山東玲瓏集團是世界輪胎20強、全國三大輪胎生產(chǎn)廠家和全國1 000戶最大工業(yè)企業(yè)之一。擁有橡膠、水泥、機電和電廠等分公司，其中電廠有兩個15MW的發(fā)電機組和一個30 MW 的發(fā)電機組，除了給自主產(chǎn)供電、供氣外，還給市區(qū)供曖、供電。15MW的兩個發(fā)電機組共由3臺鍋爐組成，3臺鍋爐的給水泵由4臺355 kW/10 kV的高壓電機驅(qū)動，正常運行的時候是三用一備。
經(jīng)過多方的研究和論證，決定將鍋爐給水泵由原來的閥門調(diào)節(jié)改為變頻調(diào)速恒壓給水方式?？紤]到要保持壓力差變化不大，只對2#給水泵進行了變頻節(jié)能改造。
2 改造方案
近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，國內(nèi)涌現(xiàn)出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠數(shù)十家。但是，各廠家的主拓撲結構都相差無幾。通過各種途徑的考察與比較，玲瓏集團最終選擇深圳市微能科技有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高-高形式的WIN-HV系列高壓變頻器，這種結構的高壓變頻器具有良好的輸入、輸出波形，性價比高，可靠性高，即便個別單元有故障，也可將其所在的一組單元旁路，降頻使用。這極大地提高了風機、水泵運行的可靠性。
WIN-HV 系列高壓變頻器主回路原理圖如圖1所示。
WIN-HV系列高壓變頻器輸入、輸出電流波形和輸出電壓波形如圖2所示。
根據(jù)現(xiàn)場情況和具備的各種條件，采取的改造方案如下：
1)對2# 給水泵采用一拖一的方式，因系統(tǒng)有備用設備故未使用工頻旁路系統(tǒng);
2)從母管上取壓力變送器的4~20 mA電流信號作為反饋，給定頻率根據(jù)用戶從DCS系統(tǒng)直接給定;
3)運行信號、停止信號從DCS系統(tǒng)給定;
4)高壓變頻器的狀態(tài)信號從變頻器的控制柜里送到DCS系統(tǒng)，以便實時觀察;
5)改造后的母管壓力值達到工藝要求的6.8 MPa以上;
6)將每臺水泵的旁通閥關閉，用高壓變頻器調(diào)節(jié)高壓電機的轉速來調(diào)節(jié)所需的流量。
高壓變頻器的閉環(huán)控制如圖3所示。
將各泵的旁通閥關閉，利用變頻系統(tǒng)自帶的PID功能實現(xiàn)閉環(huán)控制。由DCS 給出給定連續(xù)可調(diào)的4~20 mA對應0~10 MPa的壓力信號，母管上的壓力變送器的0~10 MPa壓力信號對應4~20 mA反饋給變頻器，通過PID功能來控制輸出轉速的高低，從而實現(xiàn)自動調(diào)整給水流量的目的。
3 效益分析
根據(jù)水泵的運行特性，流量與轉速成正比，電機的功率與轉速的立方成正比，即
因此，當用水量降低的時候可以用降低電機的轉速來滿足生產(chǎn)需要，而無須再用閥門調(diào)節(jié)，如此就可以省下通過閥門調(diào)節(jié)損耗的電能了。
2#水泵變頻改造前和改造后的數(shù)據(jù)對比(采集一個月的數(shù)據(jù)，得出平均值，每月按30 天計算，每年按330天計算)如表1所列。
從表1的數(shù)據(jù)可以看出，每年僅電費就可以省下32萬多元。
4 結語
國家對節(jié)能環(huán)保越來越重視，節(jié)能減排優(yōu)惠政策陸續(xù)出臺，促使企業(yè)為減少生產(chǎn)過程中的能源浪費現(xiàn)象，紛紛加強合理利用能源的管理，對設備進行技術改造，以達到降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)綜合競爭力的目的。這些為變頻器的發(fā)展與推廣提供了機會，也為風機與水泵的節(jié)能運行和提高其運行效率提供了有效途經(jīng)。
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