ZNR系列智能高压变频器在循环水泵节能改造中的
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摘要:1 引言 随着我国工业的快速发展,变频器的使用越来越广泛。高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术,主要用于交流电动机的变频调速。目前

1 引言

  随着我国工业的快速发展,变频器的使用越来越广泛。高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术,主要用于交流电动机的变频调速。目前高压电动机中拖动的负载近70%是风机、泵类,其中一半适合调速。从高压变频器的一般使用情况来看,平均节电率可达30%,在技术改造项目中,高压变频器的投入和使用,其节能效果是显而易见的。高压变频器经过多年的现场运行证明,它用于驱动风机、泵类设备节电效果显著,性能稳定、可靠性高。既节约了能源,又满足了生产工艺要求,且大大减少了设备维护、维修费用,直接和间接经济效益十分显著。变频调速以其显著的节能效益、高精确的调速精度、宽的调速范围、完善的保护功能,以及易于实现的自动通信功能,得到了广大用户的认可和市场的确认,在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面,也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务,使之成为企业采用电机节能方式的首选。

2 改造方案

  过去冷却水循环水泵均不调速,利用出口阀门开度大小来控制水流量和管网压力,由于设备的选择都是按最大负荷情况来选型,在实际运行中设备留有较大的裕量,冷却循环水的流量与压力是通过冷却循环水泵出、入口管上的调节阀来进行调节,造成电动机运行效率较低,电能浪费大。为降低企业生产成本,经过调研与比较,反复论证,决定选用上海卫能能源科技有限公司生产的znr系列智能高压变频器对d#空分a#、b#、c#3台循环水泵进行变频调速节能改造,以解决能源浪费问题。znr-a6h1250/06ya10型智能高压变频器,额定电压为6kv,额定容量为1250kva,6级h桥级联拓扑方式,适配电机为异步电机,采用一字排列安装形式,控制程序版本为a10型。

  d#空分循环水系统要求运行可靠性高,为了充分保证系统的可靠性,考虑到变频调速系统退出运行后不影响生产,确保循环水系统正常运行,结合实际运行状况,设计为变频器加装工频旁路装置,当变频器因故障时,变频器退出运行,可将电机直接手动切换到电源工频情况下运行,恢复到原有系统的运行方式。

3 系统的配置与工作原理

  znr系列智能高压变频调速系统的主体结构一字布置,由旁路柜1面、变压器柜1面、功率逆变柜和控制柜1面、连接电缆1套等组成,其中功率柜与控制柜合1。

  旁路柜:根据需要选用,该组件在系统故障情况下将电机切换至工频电网,执行旁路功能。

  变压器柜:装有移相整流变压器,为各个功率单元提供交流输入电压。

  功率柜和控制柜:装有模块化设计的多个功率单元级联式的逆变主回路,向电机提供变频后的输出电压。装有主控部件,控制变频调速系统的工作并处理通过采集获得的数据,具备各类数据通信和dcs控制接口功能。

  高压变频系统配备旁路柜,工频旁路由2个高压隔离开关k1、k2组成,其中qf为用户高压开关柜原有高压断路器。变频运行时,k1和k2闭合,切换k2至变频运行位置;工频运行时,k1断开,k2闭合,切换k2至工频运行位置。当高压变频调速系统出现故障时,控制器自动跳开qf,操作员打开k1,切换k2至工频运行位置。可将电机转切至工频运行,此时变频调速系统从高压中隔离出来,便于检修、维护和调试。为了实现变频器故障的保护,高压变频器对6kv开关qf进行联锁,一旦变频器故障,变频器跳开qf,工频旁路时,变频器允许qf合闸,撤消对qf的跳闸信号,使电机能正常通过qf合闸工频启动。循环水泵变频调速节能改造主回路电气原理图如图1所示。

  znr系列智能高压变频调速系统具有强大的自动控制和通信功能,高压变频装置投运后,电机运行方式以变频运行为主,装置具备手动旁路功能,在变频装置出现故障后,可以旁路工频运行。高压变频装置现场电控箱可以实现变频器的启动、停止,具有运行、停止指示,具有电机电流、电机转速显示,可以根据负荷情况调节现场电位器改变变频器输出频率,以调节电机转速。工艺dcs控制室具有电机运行电流指示,运行状态显示,故障跳闸显示,并具有dcs手操急停功能。高压变频装置本身具有功能完善的各项保护,电源断路器引入高压变频装置保护连锁,在变频装置不具备运行条件时电源断路器不能合闸,同时在高压变频装置故障跳闸后联跳电源断路器。循环水泵变频调速节能改造控制回路电气原理图如图2所示。

4 循环水泵变频调速节能分析

  当采用变频调速时,可以按需要升降电机转速,改变水泵的性能曲线,使水泵的额定参数满足工艺要求,根据水泵的相似定律,变速前后流量、压力、功率与转速之间的关系为:q1/q2=n1/n2;h1/h2=(n1/n2)2;p1/p2=(n1/n1)3。其中:q1、h1、p1水泵在n1转速时的流量、压力、功率;q2、h2、p2水泵在n2转速时相似工况下的流量、压力、功率。假如转速降低一半,即:n1/n2=1/2,则p2/p1=1/8,可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由n1降为n2时,水泵的额定工作参数q、h、p都降低了。但效率值基本是一样的。也就是说当转速降低时,额定工作参数相应降低,但效率不会降低。

  因此在满足操作要求的前提下,水泵仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速,流量就不再用关小阀门来控制,阀门始终处于全开状态,避免了由于关小阀门引起的压力损失增加,也就避免了总效率的下降,确保了能源的充分利用。工频50hz电网直接启动,对电网和机械冲击较大,声响很大,启动一次的损耗电能高。而变频软起动损耗很小,只有上述损耗电能的1/10,则每年的起动节能也是很可观的。当采用变频调速时,50hz满载时功率因数为接近1,工作电流比电机额定电流值要低许多,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。

5 循环水泵参数和工况

  d#空分3台循环水泵的参数相同,水泵为济南奔腾泵业有限公司生产btow600-710型,额定转速970r/min,效率85%,供水6000m3/h,扬程50m。拖动循环水泵的3台电动机为ykk5603-6型,额定功率1120kw,额定电压6kv,额定电流124.6a,功率因数cos=0.87,额定转速992.2r/min,f级绝缘,绕组y接,哈尔滨电机厂有限责任公司生产。

  a#、b#、c#、d#、e#5台循环水泵采用闭式循环水系统,补给水经化学弱酸阳离子交换器处理后的软化水。循环水泵采用单元制供水系统,即每台机组配1座冷却塔,1条压力循环水管,1条双孔自流水沟和1台循环水泵。冷却水塔采用风筒式逆流自然通风冷却塔,通风筒为双曲线旋转壳。在循环供水系统中,是由循环水泵实现水资源的循环利用的。经热交换后的热水进入冷却设施进行冷却,使其水温降至允许值,然后又重复将冷却水输入冷却器而循环使用,由于系统水位基本上是稳定的,故循环水泵的扬程也基本稳定,而其容量按计算水量确定。循环水泵随机组长期连续运行,由于机组负荷经常变化,需要及时调整循环水流量,以保证机组的安全经济运行。在正常运行工况,5台循环水泵运行3台,另2台循环水泵备用。即使在同一负荷的情况下,不同的外部环境也使得循环水流量的需求不同。利用高压变频器根据实际需要对循环水泵进行调速控制,从而既保证和改善运行工艺,又可达到节能降耗的目的。

  znr系列智能高压变频调速系统正式投入运行前,应仔细检查厂家给出的znr智能高压变频调速系统控制器功能基本参数所述内容是否都正确设置了,并对znr系列智能高压变频调速系统控制器功能参数进行设置。

6 改造前后运行情况

  本次只对5台并联水泵中的3台进行改造,正常运行工况为3台变频。由于季节及昼夜温度的差别使得变频系统的运行有着特殊性,管网总出口的压力取决于2台并联水泵各自的出口压力,从而决定了变频泵不可能在太低的频率下运行,否则会引起倒流或不出水的情况。另一方面,太低的频率会导致整体压力下降,达不到循环水系统总体的扬程要求,处于工频定速运行的水泵也易导致过流发生。根据以往的运行实践经验,在工频泵与变频泵同进运行的情况下,应使变频泵最低的频率保持在38hz以上,在变频泵单独运行时,变频器可以根据需要在5-45hz范围内调节(变频泵调节的频率必须满足水泵出口压力最低要求),这样可以满足运行需要,同时可对出水量进行连续的调节。

  ⑴工频(50hz)运行时,输入电压6kv,输入电流数据为:

  3月27日14:30输入电流103.8a;

  3月27日21:35输入电流106.4a;

  3月28日08:00输入电流105.2a;

  3月28日21:00输入电流104.8a;

  3月29日06:25输入电流104.1a;

  工频运行时,平均电流i1=104.86a,功率因数cos1=0.85。

  ⑵变频运行时,输入电压6kv,运行频率和输入电流数据为:

  3月27日11:00频率41.55hz,输入电流67.5a;

  3月27日12:00频率41.55hz,输入电流67.6a;

  3月27日13:00频率41.55hz,输入电流67.7a;

  3月27日14:00频率41.55hz,输入电流67.7a;

  变频运行时,平均电流i2=67.63a,功率因数cos2=0.98。

7 改造效果

  7.1 变频改造前、后的节能计算

  假如全年运行时间为330天,根据本厂的上网电价,可知变频改造后每年节省用电=(i1cos1-i2cos2)61.73224330=1449434kwh。每年节省电费= 1449434kwh0.5元/kwh=72.5万元。由41hz运行计算知,每年可以节电约1449434kwh,节省电费约72.5万元,不到2年时间就可收回全部投资。变频运行时节电率达到40%。据统计设备运行频率在35hz就可以达到工艺要求的出水压力,而春冬秋三个季节设备完全可以在35 hz运行,故节电率可达到50%左右。

  7.2 其它效益分析

  (1)电源侧功率因数提高。原电机直接由工频驱动时,功率因数为0.8~0.86,采用高压变频调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.95以上,可减少大量无功功率,进一步节约了上游设备的运行费用。

  (2)循环水泵采用变频调速后,由于通过降低电机水泵转速实现节能,电机、水泵转速降低,管网压力降低,辅助设备如轴承、阀门等磨损大大减轻,设备运行与维护费用下降,维护周期可加长,设备运行寿命可延长。

  (3)采用高压变频调速后,电机实现了软启动,启动电流不超过电机额定电流的1.2倍,避免了全压启动对电网和电动机的冲击,降低了电动机的故障率,延长了电动机使用寿命,维护周期增长,电机检修费用可大幅降低。

8 结束语

  设备改造工程于2008年11月完成,高压变频器一次试车成功,运行正常,运行频率在40hz左右,保证了循环水的正常温度。循环水泵在采用znr智能高压变频调速系统进行变频技术改造后,取得了明显的节电效果,并获得很好的经济效益和社会效益,为电厂高压电机的节能改造积累了丰富的经验。高压变频调速器的大面积的采用,将大大促进厂用电率的降低。高压变频调速器的现场运行证明,它用于驱动风机、泵类设备节电效果显著,性能稳定、可靠性高。既节约了能源,又满足了生产工艺要求,且大大减少了设备维护、维修费用,直接和间接经济效益十分显著。

作者:admin 来源:未知 发布于2019-05-24 11:33
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