實施高壓變頻技術改造 實現(xiàn)節(jié)能降耗

張 揚，張偉星，曹志成，郝三桃

（內蒙古億利化學工業(yè)有限公司，內蒙古 鄂爾多斯014300）

1 凈水站生產給水泵運行狀況

內蒙古億利化學工業(yè)有限公司凈水站生產水供水系統(tǒng)通過壓力來控制，當供水壓力超過設定壓力時，必須人工改變回流閥的開度，調節(jié)回水量，使得系統(tǒng)內的壓力達到設定值。這種控制方式在閥門上消耗大量的電能，所以水泵在高耗能、低效率狀態(tài)運行，同時由于需要頻繁的人工調節(jié)，回流閥一年至少要更換2 次，浪費了材料也增加了檢修費用。

1.1 水泵參數(shù)

水泵型號：XBD5.3/445-400N13/470；

額定流量：1 600 m3/s；

額定揚程：53 m；

額定轉速：1 480 r/min；

額定軸功率：315 kW。

1.2 水泵配電機參數(shù)

電動機型號：YKK4501-4；

額定功率：315 kW；

額定電壓：10 kV；

額定電流：23 A；

額定轉速：1 490 r/min。

1.3 水泵控制壓力

生產水壓力≥0.30 MPa。

2 技術改造綜述

2.1 技改內容

將原來水泵調節(jié)方式控制回流閥出口開度，改為調節(jié)水泵配電機運行頻率，以改變電機的轉速來達到控制壓力的目的。安裝ABB 公司ACS2000 高壓變頻器，根據電機額定電壓10 kV，水泵類負載額定功率315 kW，適合驅動高壓異步電動機的水泵類高壓變頻器ACS2000-23A，來滿足公司生產工藝要求。

2.2 一次回路及保護

根據現(xiàn)場的實際情況，考慮設備及生產的安全性，采用主回路以及自動旁路柜的方案，見圖1。

圖1 一次回路示意圖

2.3 變頻器技術數(shù)據

2.3.1 變頻器構成

36 脈沖整流輸入9 電平輸出的多電平無熔斷器設計（VSI-MF）的電壓源型逆變器，3 組12 脈沖二極管整流；3 組直流回路中壓電容器（自愈式）；自換流5 電平電壓源型逆變器；IGCT 功率半導體元器件；接地故障檢測；dv/dt 輸出濾波器；空冷型；集成干式變壓器（銅繞組）。

2.3.2 性能參數(shù)

輸出電壓范圍：0～10 000 V；

輸出頻率范圍：0～75 Hz；

控制精度： 額定轉速的0.1%（不帶脈沖編碼器）；

轉矩階躍響應時間：＜3.5 ms；

最小弱磁點：35 Hz；

最大弱磁范圍：1∶2；

額定負載下的總體效率：大于96.5%（包括整流變壓器和輔助電源的總體效率）；

輸入電壓諧波畸變：＜2%；

輸入電流諧波畸變：＜3%；

轉矩脈動：＜2%。

2.3.3 輔助和控制電源

輔助電源電壓：380 VAC，3 相，50 Hz；

輔助電源電壓波動范圍：±10%；

輔助電源消耗：約17 kVA；

控制電源電壓：UPS 電源，230 VAC，單相，50 Hz（用戶或供貨商提供）；

控制電源電壓波動范圍：±10%；

控制電源消耗：約3 kVA；

噪音級別：＜85 dB（A）（額定負載下）。

3 工藝計算

3.1 生產給水泵節(jié)能計算

根據目前運行現(xiàn)狀及上表實際測量的數(shù)據，可以算出各電機實際消耗的軸功率：

由于設備長期處于運行電流21 A 狀態(tài)，故應取長期運行時電流21 A 為基準進行計算。

P1=1.732 I2U2cosφ=1.732×10×21×0.86×0.92=288（kW）

3.2 根據流量、壓力、軸功率與其轉速的關系

流量與轉速成正比、壓力與轉速的平方成正比、軸功率與轉速的立方成正比。

3.3 節(jié)電率計算

現(xiàn)場出口閥開度100%，回流閥開度50%，回流的量靠回流閥控制，母管壓力同樣利用回流閥的開度調節(jié)，由于沒有準確的回流流量值，只能根據現(xiàn)場反饋估算，年平均回流量為400～800 m3/h，故取中間值600 m3/h，進行分析計算，又由于現(xiàn)場壓力要求≥0.30 MPa，所以按照壓力和流量綜合分析作為節(jié)能計算標準。

安裝變頻器后出口閥100%開，回流閥全關。根據流量與轉速成正比、壓力與轉速的平方成正比的關系，可以求出低速下（滿足壓力條件）實際消耗的有功功率：

P2=Pe×（n2/n1）3=315×（H2/H1）3/2=169（kW）

變頻時合計消耗電能：

P3=P2/λ1/λ2=1 956/96%/95%=186（kW）

λ1為變頻效率；λ2為傳動效率

理論節(jié)電率：

η理論=（P1－P3）/P1＝（288-186）/288=35%

在此壓力下，流量下降20%，滿足流量的要求，故以壓力為準。

3.4 技改前后水泵運行數(shù)據

凈水站生產水泵變頻改造前后運行數(shù)據對比表見表1。

3.5 節(jié)電分析匯總

節(jié)電分析匯總見表2。

進行系統(tǒng)節(jié)電改造后不僅僅能為企業(yè)創(chuàng)造了很高的經濟效益，同時又創(chuàng)造了環(huán)境效益，每年節(jié)約的電能68.43 萬kW·h。

表1 凈水站生產水泵變頻改造前后運行數(shù)據對比表

3.6 國家標準計算

1 kW·h＝0.342 kg 標準煤；

1 t 標準煤＝2.5 t 二氧化碳排放量；

1 t 標準煤＝0.016 5 t 二氧化硫排放量；

1 t 標準煤＝0.014 tTSP 排放量（總懸浮顆粒物）。

3.7 大氣環(huán)境效益

每年節(jié)約電能68.43 萬kW·h 標準煤514.92 t；可以減少二氧化碳排放量1 287.3 t；減少二氧化硫排放量8.5 t；減少TSP 排放量7.21 t。

表2 節(jié)電分析匯總表

3.8 間接效益

變頻調速器其良好的可靠性以及調速范圍廣且平滑等性能可以滿足工藝要求，小的啟動電流亦可以減少對電網的沖擊。變頻系統(tǒng)各種保護功能可靠，從而消除了因電機過載或單相運行而燒毀電機的現(xiàn)象，確保了安全運行。降低了勞動強度，減少人工成本和維修成本。增加了作業(yè)人員的工作舒適度，創(chuàng)造了安全可靠的工作環(huán)境。