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浅谈高压变频调速技术在循环泵上的应用
发布日期：2019-02-15 浏览次数：2416
1、循环水泵工况特点石油化工企业中有许多热交换器
它需要冷却水装置，一般常采用冷却水循环使用以便节约水资源。循环水泵采用单元制供水系统，即每台机配一座冷却塔，一条压力循环水管，一条双孔自流水沟和两台循环水泵，在正常运行工况，每台机运行两台循环水泵。冷却水塔采用风筒式逆流自然通风冷却塔，通风筒为双曲线施转壳。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，将热交换器出来的热水进入冷却设施进行冷却，使其水温降至允许值，然后又重复将储水池内的冷水输入凝汽器，这样周而复始地利用。
2、采用高压变频调速技术的意义与原理
(1)采用高压变频调速技术的意义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，以保证机组的经济安全高效运行。因为循环系统水位基本上保持稳定，所以循环水泵的扬程也基本保持稳定，而其容量按计算水量确定。过去冷却风扇和循环水泵均不调速，利用风门挡板和出口阀门来控制风量和水流量。水泵处于恒速交流传动运行状态,并以档板、阀门或空放回流的办法进行调节，从而白白损失大量的电能,功率越大的风机、水泵损失的电能也越大。根据电工学基本原理,风机和水泵,消耗功率与电动机的转速成三次方关系。如要调节风机的风量或水泵的流量,通过调节电动机的转速,不仅能降低电动机的消耗功率,而且可以节约电能。改变电动机的转速,理论上有两种途径：一是改变供电电源的频率；二是改变电动机的极对数。改变极对数进行调速，因为它没有额外的损耗，从理论上讲效率最高, 但由于其属于有级调速, 且机械构造较为复杂,对电动机的制造要求非常高,在国内外现有的产品中这类电动机功率较大的较少。改变频率进行调速虽然有损耗, 有些品牌的变频器现在的技术水平效率高达99%，将其损耗减少到最低程度,而且可以进行无级调速,变频装置的功率可达到几千kW,因此可应用到各种规格的电动机中。利用高压变频器结合水泵固有的特性，根据实际需要对循环水泵拖动电机进行调速，既能够调节水泵的出水量，又可以降低电动机的功耗。
(2)高压变频调速技术的原理高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压交流电转化为可以进行频率可调节的三相交流电，其电压和频率按照v/f的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行。PWM脉宽调制是按一定的规则对一系列脉冲的宽度进行调制，等效地获得所需要的波形。其依靠改变脉冲宽度来控制输出电压，依靠改变其周期来控制输出频率。通过改变此脉冲的调制周期来实现其输出频率的变化，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且与中间直流环节无关，不但可以加快调节速度，而且能够改善动态性能。控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者其他所需要的波形。
3、循环水泵高压变频调速系统
(1)高压变频器选型改造的循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度的方式控制流量，由于电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起的阻力损耗，电能的浪费特别严重，影响机组的经济运行。一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机在额定出力内进行不同转速的调节。在现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。某电厂循环水泵的配套电机功率为6KV/250KW，为了满足50Hz时满负荷运行要求，为其配备了容量为320kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。
(2)高压变频器的特点:l)由于输出幅值相等的脉冲，只需恒定直流电源供电，因此变流器为不可控整流桥，从而简化了主电路，缩小体积，降低成本，使电网侧功率因数大大改善。2)采用PwM控制装置，效率高,节能显着,功率因数高(不低于0.95),输出电压和电流接近正弦波,并且可以作为水泵电动机的软起动设备,无起动冲击电流,延长了电动机和水泵的使用寿命。3)逆变器调压和调频两个作用配合一致，在速度开环的条件下，可高速、高精度地实现对电机的磁通力矩控制，使电机特性可柔、可刚，动态性能尤好。
(3)高压变频调速系统方案变频调速将给定水压做为恒定参考值,水压给定值与水压反馈量比较而产生的误差信号经过调节器处理后,用于控制变频器的输出频率。高压变频器为异步电动机提供电源,通过改变变频器的输出频率来调节电机的转速,从而可以方便地调节水泵的转速。系统进入发电机组现有的DCS系统，根据机组的负荷情况，DCS按照事先设定好的程序对锅炉循环水泵电机的转速进行自动控制。将工频交流电源通过整流器变换成直流，然后在通过逆变器变换成可控频率和电压的交流电。其中整流部分采用二极管组成的不控整流器，逆变部分采用全控型功率器件 IGBT组成的脉宽调制（PWM）逆变器，采用滤波电容。通过压力信号调整变频器频率，控制实现管道压力、流量的闭环控制。利用原循环泵接触器，并采集接触器闭合信号，延时启动变频器。为了确保最高处具有足够的压力，在回水管上安装一个压力表，如果回水压力低于规定值，电动机的转速不再下降。高压变频器需要提供给DCS的开关量包括故障报警、待命指示、运行指示、高压合闸允许、高压紧急分断、开阀门、关阀门等；高压开关柜提供给变频器的开关量有：1个，工频高压开关已分闸。DCS需要提供给高压变频器的开关量包括：启动变频、停运变频器、阀门关严、阀门开全。
4、结语
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，采用变频控制方式调速是现代工矿企业节能降耗的必然趋势，有利于提高企业的经济效益，自动运行时节能可达30%以上。如果普遍使用高压变频器，逐步实现电动机、风机泵设备和系统的经济运行，提高循环冷却水泵高压变频改造后的效益能利用率，推广高压变频调速节能技术具有重大的技术意义。
它需要冷却水装置，一般常采用冷却水循环使用以便节约水资源。循环水泵采用单元制供水系统，即每台机配一座冷却塔，一条压力循环水管，一条双孔自流水沟和两台循环水泵，在正常运行工况，每台机运行两台循环水泵。冷却水塔采用风筒式逆流自然通风冷却塔，通风筒为双曲线施转壳。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，将热交换器出来的热水进入冷却设施进行冷却，使其水温降至允许值，然后又重复将储水池内的冷水输入凝汽器，这样周而复始地利用。
2、采用高压变频调速技术的意义与原理
(1)采用高压变频调速技术的意义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，以保证机组的经济安全高效运行。因为循环系统水位基本上保持稳定，所以循环水泵的扬程也基本保持稳定，而其容量按计算水量确定。过去冷却风扇和循环水泵均不调速，利用风门挡板和出口阀门来控制风量和水流量。水泵处于恒速交流传动运行状态,并以档板、阀门或空放回流的办法进行调节，从而白白损失大量的电能,功率越大的风机、水泵损失的电能也越大。根据电工学基本原理,风机和水泵,消耗功率与电动机的转速成三次方关系。如要调节风机的风量或水泵的流量,通过调节电动机的转速,不仅能降低电动机的消耗功率,而且可以节约电能。改变电动机的转速,理论上有两种途径：一是改变供电电源的频率；二是改变电动机的极对数。改变极对数进行调速，因为它没有额外的损耗，从理论上讲效率最高, 但由于其属于有级调速, 且机械构造较为复杂,对电动机的制造要求非常高,在国内外现有的产品中这类电动机功率较大的较少。改变频率进行调速虽然有损耗, 有些品牌的变频器现在的技术水平效率高达99%，将其损耗减少到最低程度,而且可以进行无级调速,变频装置的功率可达到几千kW,因此可应用到各种规格的电动机中。利用高压变频器结合水泵固有的特性，根据实际需要对循环水泵拖动电机进行调速，既能够调节水泵的出水量，又可以降低电动机的功耗。
(2)高压变频调速技术的原理高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压交流电转化为可以进行频率可调节的三相交流电，其电压和频率按照v/f的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行。PWM脉宽调制是按一定的规则对一系列脉冲的宽度进行调制，等效地获得所需要的波形。其依靠改变脉冲宽度来控制输出电压，依靠改变其周期来控制输出频率。通过改变此脉冲的调制周期来实现其输出频率的变化，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且与中间直流环节无关，不但可以加快调节速度，而且能够改善动态性能。控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者其他所需要的波形。
3、循环水泵高压变频调速系统
(1)高压变频器选型改造的循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度的方式控制流量，由于电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起的阻力损耗，电能的浪费特别严重，影响机组的经济运行。一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机在额定出力内进行不同转速的调节。在现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。某电厂循环水泵的配套电机功率为6KV/250KW，为了满足50Hz时满负荷运行要求，为其配备了容量为320kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。
(2)高压变频器的特点:l)由于输出幅值相等的脉冲，只需恒定直流电源供电，因此变流器为不可控整流桥，从而简化了主电路，缩小体积，降低成本，使电网侧功率因数大大改善。2)采用PwM控制装置，效率高,节能显着,功率因数高(不低于0.95),输出电压和电流接近正弦波,并且可以作为水泵电动机的软起动设备,无起动冲击电流,延长了电动机和水泵的使用寿命。3)逆变器调压和调频两个作用配合一致，在速度开环的条件下，可高速、高精度地实现对电机的磁通力矩控制，使电机特性可柔、可刚，动态性能尤好。
(3)高压变频调速系统方案变频调速将给定水压做为恒定参考值,水压给定值与水压反馈量比较而产生的误差信号经过调节器处理后,用于控制变频器的输出频率。高压变频器为异步电动机提供电源,通过改变变频器的输出频率来调节电机的转速,从而可以方便地调节水泵的转速。系统进入发电机组现有的DCS系统，根据机组的负荷情况，DCS按照事先设定好的程序对锅炉循环水泵电机的转速进行自动控制。将工频交流电源通过整流器变换成直流，然后在通过逆变器变换成可控频率和电压的交流电。其中整流部分采用二极管组成的不控整流器，逆变部分采用全控型功率器件 IGBT组成的脉宽调制（PWM）逆变器，采用滤波电容。通过压力信号调整变频器频率，控制实现管道压力、流量的闭环控制。利用原循环泵接触器，并采集接触器闭合信号，延时启动变频器。为了确保最高处具有足够的压力，在回水管上安装一个压力表，如果回水压力低于规定值，电动机的转速不再下降。高压变频器需要提供给DCS的开关量包括故障报警、待命指示、运行指示、高压合闸允许、高压紧急分断、开阀门、关阀门等；高压开关柜提供给变频器的开关量有：1个，工频高压开关已分闸。DCS需要提供给高压变频器的开关量包括：启动变频、停运变频器、阀门关严、阀门开全。
4、结语
风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，采用变频控制方式调速是现代工矿企业节能降耗的必然趋势，有利于提高企业的经济效益，自动运行时节能可达30%以上。如果普遍使用高压变频器，逐步实现电动机、风机泵设备和系统的经济运行，提高循环冷却水泵高压变频改造后的效益能利用率，推广高压变频调速节能技术具有重大的技术意义。
