高压变频器在给水泵电机上的节能运用

高压变频器在给水泵电机上的节能运用

张水莲

阳江市节能协会广东阳江529500

摘要：在发电厂发展过程中，常规辅机水泵系统定速节流静态调节模式并不能发挥良好的效果，而变频节能动态调速控制模式可以通过控制水泵拖动系统输入、输出稳态平衡，提高给水泵电机节能效益。因此，本文依据水泵电机变频调速节能控制原理，以某发电厂高压给水泵改造为例，对高压变频器在给水泵电机中的应用改造进行了简单的分析。并依据发电厂改造后电气参数，对发电厂高压水泵变频系统节能升级和效益进行了进一步探究。

关键词：高压变频器；给水泵电机；节能

前言

高压变频器给水泵具有系统集成简单、维修难度小、资金损耗低的特点，在能源节约、精度调控方面具有极大的优势。在未来电子器件技术发展进程中，高压变频器技术将进一步优化。同时通过变频器循环软启动、调速运行方式等技术集成，高压变频装置安装、采购、维护价格将进一步下降，最终将成为现代给水泵电机节能主流控制模式。

1.高压变频器在给水泵电机中节能应用原理

在水泵电机调节功能实现过程中主要通过转矩输出的形式，而在电机输出阶段，其转差率、电磁对数、输入电源频率间具有一定逻辑联系。即：。

上述式子中N为固定常数，s为电机转差率，F为电机输入电源频率，P为磁极对数。这种情况下，为保证水泵电机推动系统节能效益，就需要对电机拖动系统输出转矩进行合理调节[1]。

2.高压变频器在给水泵电机节能改造中的应用

2.1给水泵电机节能改造项目概述

某发电厂220.0T/H锅炉汽包给水泵在2016年05月份开始进行变频节能改造，在2017年06月份进行试运行调试，整体设备运行情况良好，工况参数变化幅度不大。整体节能改造工程主要采用ABB企业生产的变频装置，高压变频装置型号为ACS1028，额定电压为3.30kV，额定电流为335A，额定功率为1950KVA。该企业生产的高压变频装置具有运行稳定、谐波量小、安全性能高等特点。同时ABB高压变频装置对运行环境具有较高的要求。

2.2高压变频装置改造要点

首先，在水泵电机变频改造阶段，由于以往水泵电机额定电压为6.0KV，额定功率为1600.0KW，定子线圈连接方式为Y接形式，并没有星点引出装置。因此为保证高压变频装置稳定运行需要对整体水泵电机线路进行改造，即启动Y接形式端部线圈星点。并在接线盒接线端子适当位置进行五条引出线的合理设置。保证水泵电机定子线圈额定电压达到3.30KV，为高压变频器后期运行提供保障。

其次，在实际水泵电机运行过程中，由于额定电压下降，在横向风道散热装置运行过程中，极易出现散热故障。因此，在水泵电机定子线圈接线装置调整的基础上，可依据高压变频装置工作电压需求，采用3000转/min代替1000转/min调速频率，保证横向风道散热效率。在这个基础上，在高压变频装置内部设置工频旁路功能装置，保证高压变频风险因素的及时发现处理。

再次，依据高压变频改造后1900转/min电机共振数据，可采用波形自控调整技术对共振点进行跳过处理。即利用高压变频器瞬时停电保护、超频保护、短路、缺相保护、过热保护、过电流/电压等功能，与6.0KV断路器开关连接。同时在高压变频装置内部设置合理的开关量输出/输入、模拟量输入/输出参数[2]。其中基于波形自控调整的高压变频装置开关量输出/输入主要包括手动/自动、急停、启动/停止、准备、故障、报警等模块；而基于波形自控调整的模拟量输入/输出主要是在速度给定的情况下进行的模拟量输入，或者电流、频率模拟量输出等。

最后，为保证高压变频装置稳定运行，可依据水泵电机负载数据，利用PLC控制装置对变频器功率输出情况进行适当调控。即在高压变频装置给定频率输入的基础上，综合分析高压变频装置输入负载特征及负载情况，控制水泵电机启动阶段高压变频装置以低速率转动。同时加大变频器启动加速度控制力度，避免功率过大对机械设备及水泵电机软启动的不利影响。

2.3高压变频器给水泵电机节能改造方案

图一高压变频器给水泵节能改造线路图

上图中，主要以“一拖二”为主要控制方式。其中开关K1、开关K2联锁，无法同时启动/闭合。在高压变频器给水泵电机运行过程中，主要运行状态包括：1#电机断路器闭合变频运行，2#电机停止且K1闭合；1#电机断路器闭合电机停止，2#电机变频运行且K2闭合；1#断路器闭合电机变频运行，2#旁路运行且K1闭合，同时2#断路器闭合。

2.4高压变频器在给水泵电机节能软件改造

首先，在水电加工模块水位信号采集位置，可采用MDZ-111水位采集装置，在距离液位传感器量程5.0m位置，以标准RS-232接口，与WDS-2750数字数传电台连接。其中TDJ-232C为主要数据反射装置。在高压变频装置主要控制模块运行过程中，可以WDS-2750数字数传电台为节点，以TDJ-232C为主要线路进行信号传输。在数字数传电台接收到相关信号之后，可以标准RS-232接口为节点，进行水位电机闭环调节。

其次，在高压变频控制台设置过程中，为保证现场给水泵运作环节高压变频机组实时监控，可在控制区域内进行操作站台设置。具体高压变频控制装置操作站台主要包括数据实时显示、控制参数选择、出线开关闭合控制等几个模块。其中数据实时显示主要以LED数字显表的方式。将水池水位高度、设定频率、输出电流、电机转速、变频器输出电压、运行频率等数据实时显示；而控制参数选择则是针对高压变频装置启动/停止需求，采用手动方式或自动方式通过进行启动/停止变频控制、升速/降速变频控制；出线开关闭合控制主要为高压变频装置K1、K2开关信号指示、高压变频装置运行状态指示等。如“闭合”、“停止”、“运行”、“变频器报警”、“手动”、“准备就绪”等[3]。

最后，由于本次改造方案主要选择1#、2#两组给水泵电机进行改造，且两台给水高压变频器与给水泵电机为直接连接方式。因此，考虑到高压变频装置本机控制、远程控制精度，在本地给水泵高压变频调控模块，可利用高压变频装置柜上方可触控屏幕进行转速或频率调整；而在给水泵高压变频远程监控模块则可以利用DCS操作台进行远距离控制。

此外，考虑到国产高压变频装置技术不断成熟及性价比较高，在高压变频器类型选择过程中，也可以选择高-高电压源型高压变频器，如国产HARSVERT-A等。其主要包括移相变压器、控制器、功率单位三个模块。

3.高压变频器在给水泵电机节能改造中应用效益

以300MW抽气供热汽轮机组为例，其主要包括3台30%额定功率容量220.0T/H锅炉汽包给水泵、一台50%额定容量的电动给水泵。从投资经济层面进行分析，汽动给水泵主要包括抽汽管道、管道调节系统、给水泵、小汽轮机、疏水放气系统、泵减速机构等几个模块，整体投资较大，且空间占比较多；液力耦合器调速给水泵主要包括液力耦合器、电缆、给水泵、电动机等几个模块，初期资金投入较大，运行不稳定风险较多；高压变频器调速给水泵主要包括开关柜、电缆、给水泵、电动机等几个模块，整体结构较简单。且通过高压变频装置软启动处理，可以忽略给水泵启动冲击对给水泵电机冲击电流的影响，在降低变压器容量的同时，可以减少初期资金投入，整体技术稳定性较大。

从维修经济层面进行分析，汽动给水泵年维修费用最高，且由于其内部具有多个小汽轮机，汽轮机系统内部还具有多个小系统，整体维修难度较大；液力耦合器年维修资金损耗较小，且维修频率较低；由于高压变频器给水泵为高科技电子控制模式，具有15年及以上的设计寿命。在高压变频器给水泵运行过程中一般只需在一定时间内进行滤网更换，就可以保证整体给水泵稳定运行[4]。

从改造后电气参数层面进行分析，可得出1#、2#给水泵改造后，其频率从以往50.0Hz降为45.2Hz，功率下降近15.8%。若1#、2#给水泵全年运行300天，电价为0.55元/kWh，则可节约电费近60万元。

4.总结

综上所述，在高压变频技术发展过程中，高压变频调速技术在生产机械设备节能中得到了广泛的应用功能。因此，在保证生产机械调速要求一定的情况下，为保证生产用机械设备节能效果，可选择适当的高压变频器对给水泵电机进行节能改造，从而保证给水泵电机符合生产要求。

参考文献：

[1]翟祥祥，杜威.高压变频器在给水泵电机上的节能应用研究[J].工程技术：引文版，2016（9）：00229-00230.

[2]冯逸.高压变频器在发电厂给水泵系统中的应用[J].电世界，2016，57（10）：47-48.

[3]李秀云，崔光远.合康水冷型高压变频器在电动给水泵的应用[J].电气时代，2017（4）：60-64.

[4]于鹏.高压变频器在给水泵电机上的节能应用研究[J].科技风，2016（13）：7-7.