高压变频器节能技术在我公司的应用

唐 浩

(唐山三友化工股份有限公司 设备部,河北 唐山 063305)

高压变频器节能技术在我公司的应用

唐 浩

(唐山三友化工股份有限公司 设备部,河北 唐山 063305)

介绍了高压变频器的基本原理及功能,我公司对给排水车间2台高压循环水泵电机进行变频改造,节能效果明显。

高压变频;节能;效果

随着高压变频调速技术的日趋成熟,高压变频器已经开始在各个领域广泛应用,化工企业中原有大量的风机等设备一直在工频状态下运行,需要利用闸阀控制风量、流量,这样就损失了大量的能量,而改为变频调速后,通过改变电机的转速(也就是改变了电机的输出功率)来调节风量、流量,减少阻力消耗,从而实现节能的目的。我公司对给排水车间2台高压循环水泵电机进行变频改造,节能效果明显。

1 项目概况

给排水车间有2台额定电压6kV、额定电流76.5A、功率630kW循环水泵电机,原运行方式为工频运行,为保持给水量基本恒定,需通过调节进出口流量控制。进出口流量实际开度在30%～45%,且动作频繁,所以有相当一部分功率消耗在克服管路阻力。为改变这种状态,实现节能环保,2010年10月对该2台高压电机实施变频改造。

高压电机实施变频改造即通过变频器输出的不同频率,来改变电机的转速(也就是改变了电机的输出功率)以调节流量,使给水量基本保持恒定;进出口流量处于全开状态,减少阻力消耗,电机在远低于额定功率的状态下运行,从而实现节能的目的。增加旁路柜作为备用,当变频器出现故障时,可以将电机切换到工频运行,这样既发挥了变频器的节能优势,又可保证安全生产。进出口流量的调节控制作用也仅限于工频运行状态。

2 高压变频器的基本原理

该项目通过技术方案选择和经济适用性比较,选定哈尔滨九洲电气股份有限公司总承包实施。高压变频器基本原理是一种串联叠加型变频器,即采用多台单相三电平逆变器串联连接,输出多电平,可变频变压的高压交流电,变频器本身由变压器柜、功率柜、控制柜3部分组成。三相高压电经用户的需要通过光纤实时对功率柜中的每一功率单元进行整流,逆变控制与检测,这样根据用户的需要通过操作界面进行频率给定,控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应的整流,逆变调整,输出满足用户需求的电压等级。

移相变压器的副边绕组分为3组,构成 X脉冲整流方式,这种多极移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电波形,使负载下的网侧功率因数接近1。另外,由于变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,这样大大提高了变频器的可靠性。见图1。

图1 移相变压器

所有的功率模块均为智能化设计,具有强大的自诊断能力。一旦有故障发生时,将故障信息迅速返回到主控单元中,主控单元及时将主要功率元IGBT关断,保护主电路。同时,在中文人机界面上实时显示故障位置、类别。并对一定功率范围内的单元模块进行了标准化设计,以保证单元模块在结构、功能上的一致性。当模块出现故障时,在得到报警器报警通知后,可在几分种内更换功能的备用模块,减少停机时间。见图2、图3。

3 节能计算

1)理论估算:以高压变频在我公司0#开路循环水泵上运行为例,电机功率630kW,额定电流76.5A,水泵属平方转矩负载,设备每天24h工作制,全年按运行350天,按公司内部电价0.46元/kW·h计算。

①采用挡板阀门进行流量调节时,阀门开度40 %时,水流量可达80%,对应的电机输入功率为 P1

Pe——电机额定功率,kW;

QN——为水泵的额定流量,L/s;

Q——为水泵实际运行流量,L/s。

②采用变频器调速调节后,假设保持流量不变仍为80%,对应的电机输入功率为 P2,根据P∝N3

③在变频器内部,逆变器功率元件的开关损耗最大,其余是电子元件的热损耗和风机损耗,变频器的效率一般为95%～96%,计算时考虑5%的变频器损耗,则节电率 K为

则年节电费W=(505-323)×24×350×0.46 =70.3万元

2)投用后实际测算节电效益:

表1 0#开路泵投用变频器前后,实际数据记录

通过表1可以看出,在满足相同水泵流量的情况下,负荷电流显著降低。因为变频器中的滤波电容与电动机进行无功能量交换,因此变频器实际输入电流减小,同时回路功率因数得到提高。

投用前,消耗有功功率 P1=U·I1·COSφ1

=6×(77+75)/2×0.85=388kW

投用后,消耗有功功率 P2=U·I2·COSφ2

=6×(56.5+46.2)/2×0.9=277kW

节省有功功率ΔP=P2-P1=388-277=111 kW

则年节电费W=111×24×350×0.46=42.89万元

[1] 仲明振,赵相宾.高压变频器应用手册[M].北京:机械工业出版社,2009

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1005-8370(2011)04-27-02

2011-05-12