科陆高压变频器在韶关钢铁厂循环水泵的应用.doc

科陆高压变频器在韶关钢铁厂循环水泵的应用一、用户简介广东省韶关钢铁集团有限公司1966年建厂，历经40多年的发展，现已成为年产钢600万吨能力，集钢铁制造、物流、工贸为一体的大型国有企业集团；成为世界钢铁企业100强，中国企业500强、广东企业50强；成为广东重要的钢铁生产基地、高新技术企业和中国重要的船板钢生产基地。2008年产钢407万吨，铁392万吨，钢材387万吨，主营业务收入208亿元。二、高压变频器调速节能原理高压变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理，交流异步电动机转速由下式确定:n=60f（1-S）/p （1）式中:n电动机转速；f输入电源频率；S电动机转差率；p电机极对数。由公式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。交流电动机的直接调速方式主要有：1） 变极调速（调整p）；2） 转子串电阻调速；3） 串级调速或内反馈电机（调整S）；4） 液力耦合器调速；5） 变频调速（调整f）； 其中以高压变频调速的优点最多，得到了广泛的应用。叶片式风机（或水泵）类设备均属平方转矩负载，在满足流体力学的三个相似定律（即几何相似、运动相似、动力相似）的条件下，其转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系:Q1/ Q2n1/n2 （1）H1/ H2（n1/n2）2（2）P1/ P2（n1/n2）3（3）式中：Q1、H1、P1风机（或水泵）在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；Q2、H2、P2风机（或水泵）在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。 由公式（1）、（2）、（3）可知，风机（或水泵）的流量与其转速成正比，压力（或扬程）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当风机转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动风机的电机所需的电功率亦可相应降低。从上述分析可见，调速是水泵节能的重要途径。采用高压变频调速可以实现对水泵电机转速的线性调节，通过改变电动机转速从而管道压力及供水量。三、改造项目介绍广东韶关钢铁集团有限公司第二热轧宽板厂循环水系统由三台315KW/10KV水泵机组组成，三台水泵供同一管道，平时两用一备。冷却水主要供热轧宽板厂轧机冷却和仪器仪表冷却。循环水系统在设计时就预备了一定的余量，生产满负荷运转时，开两台水泵机组还有20%的余水从回流阀回流，生产量小时或停产时，系统用水少，但为了保证厂里其它仪器仪表的冷却水，水泵还不能停机，多余的冷却水只能是通过回流阀回流，不但造成了大量的电能损失。 由于采用回流阀进行控制，导致回流的水量浪费大量的能量，而且由于人工调节缓慢，管网水压变化大，变频调速装置的主要功能是根据供水管网水压要求，对水泵电机转速进行速度调节，达到恒压供水的目的，且因使用变频器时，通过调节电机的转速来动态调节供水量，不用调节阀门，效率高，反应快。所以用户决定采用深圳市科陆变频器有限公司生产的CL2700系列高压变频器对三台循环水泵变频改造改造，用变频器进行流量调节。这样既保证了水泵出水量满足了工况需要，管网压力保持稳定；同时也节约了大量能量。 电机参数：额定电压10KV，额定功率315KW，额定电流22.5A水泵额定功率315KW，额定扬程39米，现场最高扬程（静扬程）8米。四、项目改造方案为防止变频器检修或故障对供水系统运行的影响，配置手动工频旁路，具体旁路实施方式如下图所示：采用“一拖一”手动旁路方案一次接线原理图如下： CL2700高压变频调速系统一拖一手动工频旁路系统图用户开关QF1闭合时，电机实现变频或工频运行。当高压电源经高压隔离开关QS1连到高压变频装置，变频装置输出经高压隔离开关QS3送至电动机，电动机变频运行；高压电源还可经高压隔离开关QS2直接起动电动机，电动机工频运行。高压隔离开关QS2、QS3之间机械互锁，确保工频电路与变频电路不会同时导通。当变频器检修，断开QS1、QS3，并闭合QS2使电机工频运行不停机，QS1、QS3形成明显断开点，确保检修人员人身安全。手动旁路方式的旁路柜主要由隔离刀闸构成，在使用时可进行变频运行和工频运行的手动切换。在高压变频装置检修时，旁路隔离刀闸闭合为高压电机从电网直接提供高压电源，不影响用户的使用；而变频隔离刀闸断开，具有明显的物理断点，可保障检修人员的人身安全。旁路隔离刀闸与变频隔离刀闸间具有机械互锁功能，可确保工频回路与变频回路不会同时导通。三地控制方式：可进行本地、机旁操作箱、远程DCS三地控制。DCS与变频器之间的接口如下：1 变频器至DCS：高压合闸允许（开关量）系统就绪（开关量）变频器故障（开关量）本地/远程（开关量）运行/停止状态（开关量，反馈变频器状态）变频/工频状态（开关量）急停（开关量）变频器当前运行电流（模拟量，420MA）变频器输出电流（模拟量，420MA）2 DCS至变频器：变频启动/停机（开关量）故障复位（开关量）频率给定（模拟量，420MA）PID控制方式：高压变频器变频运行时，回流水阀门全关，变频器能够根据管网水压反馈信号的变化自动PID闭环调节运行频率，保持供水水压稳定，降低了管网的损耗。原工频时开两台水泵管网水压为5.1公斤，采用变频PID控制后，把管网水压控制在4.5公斤，变频器根据现场用水量动态调整输出频率。五、项目改造效益改造后，变频器平均运行频率在43HZ左右，经测算，相比工频下节电率在26%，这三台水泵工频运行时阀门全开，运行电流22A，基本在满载运行，该循环水系统一年运行360天，一天运行24小时，因该循环水系统为二用一备，每十六小时换一次泵，则这三台变频器平均每年运行360天，每天运行16