水泵電機(jī)變頻節(jié)能改造

PAGEPAGE4水泵電機(jī)變頻節(jié)能改造姓名：梅軍陽單位：昆鋼玉鋼郵政編碼：653100摘要：本論文主要陳述了玉鋼軋鋼水處理站濁環(huán)1#、2#循環(huán)水泵高壓電機(jī)變頻改造前后進(jìn)行了對比分析，從改造后的實(shí)際運(yùn)行工況來看，操作控制更簡單，更方便，更穩(wěn)定，能耗得到了大大降低，設(shè)備使用性能得到更加穩(wěn)定，減少了設(shè)備的故障率，大大降低了維護(hù)檢修費(fèi)用。關(guān)鍵詞：變頻,水泵,電機(jī)，節(jié)能改造

一、水處理工況玉鋼軋鋼水處理站主要是帶鋼生產(chǎn)線使用后污水進(jìn)行處理循環(huán)使用的，濁環(huán)1#、2#高壓循環(huán)水泵主要功能是向生產(chǎn)線設(shè)備提供冷卻水及沖洗用水，正常情況下只需要用一臺濁環(huán)水泵供給就能滿足生產(chǎn)需要，另外一臺做備用。其工藝流程如圖1：圖1軋鋼水處理工藝流程簡圖生產(chǎn)線使用后污水流進(jìn)沉淀池進(jìn)行沉淀，經(jīng)過化學(xué)除油泵打到化學(xué)除油器進(jìn)行除油處理后經(jīng)冷卻塔冷卻至濁環(huán)水池，在用1#、2#濁環(huán)高壓泵送到主生產(chǎn)設(shè)備上，水處理站是根據(jù)主生產(chǎn)線所需用水量通過出口閥門開關(guān)大小控制，把水供至主生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行冷卻及沖洗用水。二、節(jié)能分析改造前濁環(huán)水泵是用三相交流異步電動機(jī)拖動，電動機(jī)是直接啟動，啟動電流等于7-7倍額定電流，這不但要求電網(wǎng)容量高，而且啟動時對設(shè)備和電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，大大的影響了使用壽命，。使用變頻裝置，利用變頻器的軟啟動功能將使起動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減少了對電網(wǎng)的沖擊和電容量的要求，延長了設(shè)備的使用壽命。出口管道流量的控制是通過對濁環(huán)水泵出口閥門對水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，電機(jī)的功率就浪費(fèi)在了閥門上。整個系統(tǒng)主要有以下幾個問題。1）操作不便為了滿足主生產(chǎn)設(shè)備的供水正常，使整個循環(huán)水系統(tǒng)達(dá)到基本平衡，值班人員必須通過濁環(huán)水池安裝的液位計對水位進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)水量不平衡時值班人員必須通過濁環(huán)水泵出口閥門對水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果在生產(chǎn)不正?；蚯闆r變化大時調(diào)節(jié)閥門的次數(shù)也多，大大增加了值班人員的勞動強(qiáng)度。而且用閥門調(diào)節(jié)出口流量精確度不高，調(diào)整用時過長，不能很好滿足生產(chǎn)所需。2）能耗消耗大生產(chǎn)正常時濁環(huán)水泵只需要開一備一,水泵啟動后電機(jī)都在恒速下運(yùn)行，在每臺泵出口處安裝有閥門對水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過改變閥門開度來調(diào)節(jié)電機(jī)軸功率并不明顯，這樣大量電能消耗在電機(jī)轉(zhuǎn)矩，水泵葉輪，電動閥門等管網(wǎng)設(shè)備上。水泵電機(jī)額定電流是42.5A,正常運(yùn)行時是42A,基本達(dá)到了滿負(fù)荷運(yùn)行,這樣會大大縮減了設(shè)備的使用壽命。3）維檢費(fèi)用高水泵軸承，機(jī)封經(jīng)常性損壞，出口閥門使用周期較短，造成了人工費(fèi)費(fèi)，材料費(fèi)大幅調(diào)高；電機(jī)溫度經(jīng)常性過高，對電機(jī)的使用壽命有直接的影響。鑒于上述因素我們考慮對水處理2臺濁環(huán)水泵中型高壓三相異步電動機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造。三、變頻節(jié)能原理論述1、變頻調(diào)速原理根據(jù)交流電動機(jī)工作原理中的轉(zhuǎn)速關(guān)系：我公司根據(jù)挑選和對比，決定采用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT—A高壓變頻器對1#、2#濁環(huán)泵電動機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。HARSVERT—A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖4，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10KV系列有24個功率單元，每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。圖4HARSVERT—A系列高壓變頻器結(jié)構(gòu)圖每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，如圖5可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見圖，為基本的交—直—交單相電壓型逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖所示的波形，如圖5。圖5HARSVERT—A系列高壓變頻器功率單元結(jié)構(gòu)圖輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組為三組，對10KＶ系列，構(gòu)成48脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大的改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因素接近１。另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個功率單元的主回路相對獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器，便使用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。輸出側(cè)由每個單元的Ｕ、Ｖ輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如下圖6PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造。圖6HARSVERT—A系列高壓變頻器相電壓波形3、改造設(shè)計方案根據(jù)工藝情況，正常生產(chǎn)時只需要開一臺濁環(huán)泵就能滿足生產(chǎn)，同時為了更好的節(jié)能，降低設(shè)備費(fèi)用的高昂投入以及運(yùn)行穩(wěn)定性的要求，決定變頻器系統(tǒng)采用一拖二自動工／變頻切換方案，圖7。即:配備一臺高壓變頻器，通過倒閘切換開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)行的濁環(huán)水泵上去。另外一臺工頻備用或工頻運(yùn)行，正常情況下一臺濁環(huán)水泵就能滿足生產(chǎn)，變頻調(diào)速系統(tǒng)電源可以有原來的1#、2#10kV電壓等級電源系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行情況分別供給。圖7改造后系統(tǒng)原理圖主要功能為：高壓變頻器可以拖動1#濁環(huán)泵電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動2#濁環(huán)泵電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，但不能同時變頻運(yùn)行。1#、2#濁環(huán)泵電動機(jī)均具備工頻旁路功能，可實(shí)現(xiàn)任意一臺電動機(jī)的變頻運(yùn)行，另外一臺處于工頻備用或工頻運(yùn)行，當(dāng)高壓變頻器故障時，通過倒閘退出變頻，可直接切換工頻運(yùn)行，不會影響生產(chǎn)。這樣我們可以充分合理的利用現(xiàn)有設(shè)備，大大降低設(shè)備上的投資，且能正常的滿足生產(chǎn)。4、設(shè)備參數(shù)（1）電動機(jī)參數(shù)表一中型高壓三相異步電動機(jī)技術(shù)參數(shù)型號YKK500—4額定電壓10KV額定電流42．5A額定功率630KW額定轉(zhuǎn)速1485R/MIN防護(hù)等級IP44功率因素0．88接法星形Ｙ表二SB-X型軸開式單級雙離心式水泵型號400P2F-300-635流量1880m3/h揚(yáng)程114m42．5A配用功率630KW額定轉(zhuǎn)速1485R/MIN（2）變頻器參數(shù)變頻器主要技術(shù)指標(biāo)：型號：HARSVERT-A10/045功率：800kW輸入電壓：10KV；輸入電壓：10KV；輸入頻率：45-55Hz輸出頻率范圍：0.5-120Hz過載能力：120%一分鐘，50%立即保護(hù)。加減速度：0.1-3000S保護(hù)特性：過流保護(hù)、I2t、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓緩沖、電機(jī)欠/過載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)等。5、改造后系統(tǒng)工作原理工作原理見圖7所示，1#、2#濁環(huán)泵共同采用一套變頻調(diào)速裝置。其中QF1、QF2表示高壓開關(guān)、TF表示高壓變頻器、M表示濁環(huán)水泵電動機(jī)；QS1和QS4之間、QS2和QS5之間、QS3和QS2之間、QS6和QS5之間刀閘均存在機(jī)械閉鎖關(guān)系，防止高壓變頻器輸出側(cè)與另外一段10kV電源側(cè)短路。高壓開關(guān)QF2、QF3是現(xiàn)場已有設(shè)備，安裝在水處理高壓配電室，QF2、QF3只具備手動合閘功能，前提要有高壓變頻器允許合閘信號。高壓變頻器安裝于另外獨(dú)立一間房間，通過電纜與高壓配電室高壓開關(guān)QF2、QF3直接相連接。QS1、QS4、QS2、QS5、QS3、QS6刀閘分別安裝高壓變頻器旁路柜上?！案邏鹤冾l器室”內(nèi)所有開關(guān)的2路直流控制電源、2路動力直流電源均由#2機(jī)直流母線供電。1#濁環(huán)泵變頻運(yùn)行時，斷開QS3、QS4，合上QS2、QS1、QS6，在合上QF2開關(guān)，1＃濁環(huán)泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；2#濁環(huán)泵處于工頻備用狀態(tài)。當(dāng)1#濁環(huán)泵變頻運(yùn)行故障跳閘時，合上QF3開關(guān)起動2#濁環(huán)泵工頻運(yùn)行。這樣可以大大減少操作時間，能迅速恢復(fù)生產(chǎn)。反之2#濁環(huán)泵變頻運(yùn)行時，1#濁環(huán)泵也可以處于工頻備用狀態(tài)。以這種思路改造有兩個好處：一是投資較少，二、是充分利用了原來的既有設(shè)備。五、運(yùn)行效果分析通過對1#2#濁環(huán)水泵電機(jī)的改造前后運(yùn)行效果對比情況來看主要優(yōu)點(diǎn)如下：表三改造前、后運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)分析改造前改造后電流42A電流29A頻率50Hz(工頻)頻率38Hz流量1697m3/h流量1697m3/h功率因素0.88功率因素0.96實(shí)時功率640KW實(shí)時功率482KW每年可節(jié)約的電量1375320KW﹒H1、采用變頻調(diào)器對水泵電機(jī)調(diào)速后節(jié)能上與以前水泵電機(jī)恒速控制相比普遍節(jié)能在20%以上。2、采用變頻調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的空載軟啟動，啟動峰值電流和時間大為減少，避免了因啟動電流大造成電機(jī)及電纜的絕緣老化。3、采用變頻調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速機(jī)械磨損大為降低，機(jī)械故障率降為原來的35—50%左右，大大降低了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用節(jié)約了生產(chǎn)成本，避免了由于較大電動力矩造成對電機(jī)的機(jī)械沖擊，延長了電機(jī)的壽命減少了對電機(jī)的維護(hù)工作量。4、采用變頻調(diào)器對水泵電機(jī)調(diào)速后閥門全開，不參與流量調(diào)節(jié)，減少了閥門維護(hù)工作量；不僅達(dá)到了降耗節(jié)能的目的，同時還減小了管道系統(tǒng)的振動，使管道壓力減小，延長了管道的使用壽命和檢修周期，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性得到改善。5、采用變頻調(diào)速對水泵電機(jī)調(diào)速后功率因數(shù)得以提高，可省去功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低使環(huán)境噪音影響得到大大改善。6、采用變頻調(diào)速后，調(diào)整管道流量，壓力等工況，只需在值班室通過調(diào)整電源頻率，就能準(zhǔn)確穩(wěn)定的調(diào)整工況，值班人員的工作效力得到了大幅提高，同時降低了工作人員的勞動強(qiáng)度。六、結(jié)束語由北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器在我廠投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定。改造前經(jīng)過技術(shù)人員對變頻器的選型和設(shè)計，應(yīng)該