【摘要】
本文著重介紹了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在天津石化公司化工廠動(dòng)力站的應(yīng)用情況，對(duì)其節(jié)電情況進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，動(dòng)力站采用高壓變頻器對(duì)冷水泵進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有投資省，見(jiàn)效快等特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】
高壓變頻器 功率
【Abstract】
The application of domestic high voltage inverter in Donglizhan air condition system of TPCC-CP .is presented in this paper,and the saving of electricity is compared.Consequently express that the adaption of HV inverter to cycle cold water pump is economice.
【Keywords】
High voltage inverter Power
1． 前言
中央空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)及公用、民用建筑中，并且是所有建筑物中的能耗大戶，其能耗占建筑總能耗的1/3以上，有的空調(diào)能耗甚至高達(dá)65%?？照{(diào)系統(tǒng)是按最大負(fù)荷來(lái)設(shè)計(jì)的，所以設(shè)備的選擇都是按最不利情況來(lái)選型。在絕大部分時(shí)間內(nèi)（例如：過(guò)渡季節(jié)，每天早晚，一般天氣情況等），系統(tǒng)只是部分負(fù)荷運(yùn)行。而目前情況是冷機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行，水泵卻是全功率運(yùn)行。從節(jié)能角度來(lái)看，冷凍水泵也應(yīng)作合理的調(diào)整。天津石化公司動(dòng)力站是在2000年初投入試運(yùn)行的冷凍水循環(huán)水裝置，存在很大的冷水泵全功率運(yùn)行的電浪費(fèi)，2004年在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)流運(yùn)行后，不但極大的滿足了生產(chǎn)工藝及控制要求，而且成功地解決了能耗問(wèn)題。
2． 工藝現(xiàn)狀
2．1運(yùn)行情況
天津石化公司化工廠動(dòng)力站制冷系統(tǒng)有8臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)，匹配4臺(tái)冷水泵，系統(tǒng)是按用戶所需冷量的最大負(fù)荷設(shè)計(jì)的。在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)在大部分時(shí)間在非滿負(fù)荷中運(yùn)行。一臺(tái)冷水泵對(duì)應(yīng)三臺(tái)溴冷機(jī)，三臺(tái)溴冷機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，冷水泵90%負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)少于三臺(tái)溴冷機(jī)運(yùn)行或三臺(tái)溴冷機(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，只需冷水泵90%負(fù)荷以下運(yùn)行，但冷水泵為全壓工頻運(yùn)行，冷凍水的流量與壓力是通過(guò)冷水泵出、入口聯(lián)絡(luò)管及冷凍水供、回水母管聯(lián)絡(luò)管上的調(diào)節(jié)閥來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率較低，而且降低了密封、閥門(mén)、法蘭的使用壽命。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，每年在4月-11月間，在86%的時(shí)間里電動(dòng)機(jī)都在60%的負(fù)荷以下運(yùn)行，所以為了節(jié)能和改善管線的運(yùn)行工況和控制水平，首先對(duì)4#冷水泵電機(jī)采用變頻控制改造。
2．2技術(shù)參數(shù)
a．冷凍水供用戶壓力：0.47Mpa 溫度：7℃
b．溴冷機(jī)型號(hào)：NCC-63 制冷量：3516KW 流量：605m3/h
c．冷水泵型號(hào)：?jiǎn)渭?jí)雙吸離心泵500S59 功率：450KW 流量：2020 m
3/h
3.水泵的工作特性及節(jié)電原理
圖1中，水泵運(yùn)行工況點(diǎn)D是泵的特性曲線nN與管路阻曲線R1的交點(diǎn)。
用閥門(mén)控制時(shí)，由于要減小流量，關(guān)小閥門(mén)，使閥門(mén)的磨擦阻力變大，阻力曲線由R1移到R2,揚(yáng)程則從H0升到H1，流量從QN減小到Q3，運(yùn)行工況從D點(diǎn)移到A點(diǎn)。
使用調(diào)速控制時(shí)，阻力曲線R1原樣不變。泵的特性取決于轉(zhuǎn)速，如果把速度從nN降到n1，特性曲線也會(huì)從n1移到n3。結(jié)果，運(yùn)行工況點(diǎn)從D點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0下降到H3，流量從Q1減小到Q3。
根據(jù)公式求出:
也就是說(shuō)，用閥門(mén)控制流量時(shí)，有P功率時(shí)被浪費(fèi)掉了。同時(shí)，隨著閥門(mén)不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，流量Q、揚(yáng)程H、功率N和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系可寫(xiě)為：
即可概括為：流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的平方比成正比；軸功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。
4.工藝控制要求
過(guò)去是用改變閥門(mén)開(kāi)度的方法調(diào)節(jié)冷凍水的流量和壓力（揚(yáng)程）。現(xiàn)將變頻器接入冷凍水系統(tǒng)中，冷凍水泵運(yùn)行以冷凍水母管壓力參數(shù)為給定量，決定水泵運(yùn)行工況。根據(jù)工藝所需用供水母管壓力來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度，達(dá)到控制冷凍水的流量和壓力的目的。
4．1單臺(tái)變頻泵運(yùn)行時(shí)
變頻器只能作一臺(tái)電機(jī)的變頻電源，所以每臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)、停止必須相互閉鎖，用邏輯電路控制，保證可靠切換。當(dāng)制冷系統(tǒng)3臺(tái)以下溴冷機(jī)運(yùn)行，只需變頻冷水泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，另外三臺(tái)工頻泵備用。變頻泵可以根據(jù)溴冷機(jī)冷凍水流量及冷凍水供水壓力最低需要在36—50Hz范圍調(diào)節(jié)。
A、 當(dāng)一臺(tái)溴冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，變頻泵設(shè)定頻率為36Hz，保證單臺(tái)溴冷機(jī)正常運(yùn)行的600m
3/h流量需求，及冷凍水供水母管壓力0.47Mpa。如圖1中泵的特性曲線n
3B、 當(dāng)兩臺(tái)溴冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，變頻泵設(shè)定頻率為41Hz，保證兩臺(tái)溴冷機(jī)正常運(yùn)行的1200m
3/h流量需求，及冷凍水供水母管壓力0.47Mpa。如圖1中泵的特性曲線n
2C、 當(dāng)三臺(tái)溴冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，變頻泵設(shè)定頻率為45Hz，保證三臺(tái)溴冷機(jī)正常運(yùn)行的1800m
3/h流量需求，及冷凍水供水母管壓力0.47Mpa。如圖1中泵的特性曲線n
14．2工頻泵與變頻泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)
當(dāng)制冷系統(tǒng)有4臺(tái)以上溴冷機(jī)運(yùn)行，需要增加系統(tǒng)中的流量,兩臺(tái)水泵并聯(lián)工作，其中一臺(tái)由工頻泵做定速運(yùn)行(性能曲線F2A2)，另一臺(tái)由變頻泵做變速運(yùn)行(性能曲線F1A1)。另外兩臺(tái)工頻泵備用。由于季節(jié)及晝夜溫度的差別使得變頻系統(tǒng)的運(yùn)行有著特殊性，管網(wǎng)總出口的壓力(HA)取決與兩臺(tái)并聯(lián)水泵各自的出口壓力(D2、D1)，從而決定了變頻泵不可能在太低的頻率下運(yùn)行，否則會(huì)引起倒流或不出水的情況。另一方面太低的頻率回導(dǎo)致整體壓力下降，達(dá)不到冷凍水循環(huán)系統(tǒng)總體的揚(yáng)程要求，處于工頻定速運(yùn)行的水泵也易導(dǎo)致過(guò)流發(fā)生，在工頻泵與變頻泵同時(shí)運(yùn)行的情況下，使變頻泵最低的頻率保持在38Hz以上。通過(guò)調(diào)試，作變速運(yùn)行的電機(jī)，頻率給定（速度給定）由壓力信號(hào)的大小自動(dòng)進(jìn)行三種不同頻率（速度）的切換。
冷凍水系統(tǒng)如圖3所示#4冷水泵，電機(jī)容量為450KW，對(duì)應(yīng)溴冷機(jī)運(yùn)行方式。
5． 變頻器運(yùn)行與操作
天津石化化工廠廠選用的高壓變頻器是東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司（原東方凱奇公司）生產(chǎn)的完美無(wú)諧波DFCVERT－MV560／6B電壓型變頻裝置。主回路采用IGBT模塊結(jié)構(gòu)，控制方式為單片微型計(jì)算機(jī)控制。
（1） 變頻器調(diào)試完畢投入運(yùn)行，操作簡(jiǎn)便，按正常電機(jī)啟停按鈕即可。從運(yùn)行（或停止）指令發(fā)出到變頻器開(kāi)始運(yùn)行，遲緩1～2秒，同時(shí)有運(yùn)行指示數(shù)碼指示頻率數(shù)值。
（2） 電機(jī)啟動(dòng)特性改善。使啟動(dòng)電流＜1.5IH時(shí)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，待10～20秒后電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
（3） 各種保護(hù)功能完全，發(fā)生事故變頻器首先自行跳閘，備用工頻電源和備用泵立即自行啟動(dòng)，有故障自診斷功能，減少了運(yùn)行人員的重復(fù)勞動(dòng)。
6．使用時(shí)的注意事項(xiàng)
（1） 水泵、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍不宜太大，通常不應(yīng)低于額定轉(zhuǎn)速的50%，最好在70%～100%之間。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40%～50%時(shí)，水泵、風(fēng)機(jī)本身的效率明顯下降，更不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，應(yīng)注意避開(kāi)泵機(jī)組的機(jī)械臨界共振轉(zhuǎn)速，否則將會(huì)損壞泵機(jī)組。
（2） 變頻裝置的特性盡可能與水泵的負(fù)載特性一致，否則效果往往不太理想。
（3） 由SPWM變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)時(shí)，因高次諧波的影響，產(chǎn)生討厭的噪聲。可在變頻器與電機(jī)之間裝一補(bǔ)償器（約為總阻抗的3%～4%），將V/f比降低到與負(fù)載相適應(yīng)的程度，噪聲可降低5～10dB。
（4） 由SPWM變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)時(shí)，流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流比工頻供電時(shí)約大5%左右。在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，冷卻風(fēng)扇能力下降，使電機(jī)的溫升增高，應(yīng)降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩和限定運(yùn)行時(shí)間。
（5） 變頻器安裝位置周圍的環(huán)境溫度應(yīng)低于35℃，變頻器的功率模塊上裝有風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)，散熱片上裝有溫敏元件，進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。周圍環(huán)境溫度高于35℃時(shí)，功率模塊性能變差，效率就會(huì)降低，尤其是長(zhǎng)期運(yùn)行的水泵，可能會(huì)損壞模塊。
（6） 選用變頻器的容量要與電機(jī)電流（最大轉(zhuǎn)矩）相匹配，并且可提高1~2個(gè)檔次。尤其是工作環(huán)境差，環(huán)境溫度高，長(zhǎng)年連續(xù)運(yùn)行的水泵一定要高2個(gè)檔次以上。
（7） 正式投運(yùn)前，用0.5級(jí)模擬儀表準(zhǔn)確測(cè)量電壓、電流、頻率、功率等參數(shù)值，以校驗(yàn)電機(jī)在設(shè)定工況條例下的正常運(yùn)行能力。
（8） 當(dāng)兩臺(tái)以上水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)為定速（工頻供電），一臺(tái)為變速（變頻供電），應(yīng)先將定速泵按設(shè)計(jì)額定工況運(yùn)行后，再用變速泵來(lái)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。
7．經(jīng)濟(jì)效益分析
以2002年4月-10月冷水泵運(yùn)行情況為例，對(duì)4#冷水泵的運(yùn)行進(jìn)行節(jié)能分析，4#冷水泵全年運(yùn)行時(shí)間6.5個(gè)月，約4680小時(shí)， 2002年4月-10月冷水泵運(yùn)行工況見(jiàn)下表：
（1） 以60%的運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算，運(yùn)行時(shí)間約2250小時(shí)。
電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)行，擋板調(diào)節(jié)流量，
消耗電量295×2250=663750KWH
采用變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，改變電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)流量
所需功率391×(0.6)
3=84.5KW
消耗電量84.5×2250=190026KWH
每年節(jié)約用電約663750-190026=473724KWH
（2） 以30%的運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算,運(yùn)行約1685小時(shí)
電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)行，擋板調(diào)節(jié)流量，
