发电厂风机水泵的变频调速

1、发电厂风机水泵的变频调速 1. 风机水泵控制设备现状 在各种工业用风机、水泵中，如锅炉鼓、引风机、深井、离心泵等，大部分 是额定功率运行， 风机流量的设计均以最大风量需求来设计， 其调整方式采用档 板，风门、回流、起停电机等方式控制，无法形成闭环控制，也很少考虑省电。 水泵流量的设计同样为最大流量， 压力的调控方式只能通过控制阀门的大小、 电 机的启停等方法。电气控制采用直接或 丫- 启动，不能改变风机的转速，无法 具有软启动的功能，机械冲击大，传动系统寿命短，震动及噪声大，功率因数较 低等是其主要的难点。 发电厂的厂用电率平均 8%，风机水泵耗电量约是火电设备总耗电量的 65%， 不仅耗量大

2、且运行效率低， 为了节能，在低压或高压变频器使用时可以使风机水 泵变频调速，从而减少电量的消耗。目前来讲，低压变频器技术以达到一定 的 水平，国内外的生产厂家也比较多， 只是系列产品还不够完整。 但是高压大容量 变频器设计和生产的企业还是比较少， 需要院校和企业抓紧联合开发， 以满足生 产需求。 2变频调速的节能意义 风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型， 实际应用中大部分时间并 非工作于满负荷状态。 采用变频器直接控制风机、 泵类负载是一种最科学的控制 方法，利用变频器内置 PID 调节软件，直接调节电动机的转速保持恒定的水压、 风压，从而满足系统要求的压力。当电机在额定转速的 80

3、%运行时，理论上其消 耗的功率为 51.2%,去除机械损耗、电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40%， 同时也可以实现闭环恒压控制， 节能效率将进一步提高。 由于变频器可实现大的 电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用 寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功耗损。 为达到节能的目的推广使用 变频器已成为各地节能工作部门以及各单位节能工作的重点。 因此，大力推广变 频调速节能技术， 不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段， 而且也是实现经济 增长方式转变的必然要求。 随着我国工业生产的迅速发展， 电力工业虽然有了长足进步， 但能源的浪费却 是相当惊人的。据有关资料

4、报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量约 4200 万 台，装机容量约 1.1 亿千瓦。但系统实际运行效率仅为 30-40%,其损耗电能占总 发电的 38%以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行； 还有许多企业在运行系统设计时， 容量 选择的较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。 因此，搞好风机。水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。 3. 泵与风机的变频节能原理 一般泵/风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因 此，用变频器改变其转速，可以获得显著地节能效果。常用出口挡板控制，当开 度

5、减小时，阻力增加，不适宜打范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，从 节能的角度来看是不适宜的。若采用入口单板控制，虽然比出口挡板控制流量调 节范围广减小开度是轴功率大体与流量成比例下降，但节能效果仍不及变频调泵 与风机的变频节能原理。 lb 图2变频泵/风机的特性曲线 图1泵/风机的特性曲线 图3泵/风机变频前后特性曲 图1中，N1为泵/风机H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机在给定转速下满负荷即 系统阀门全开时的扬程（压头） 、流量点和效率点的轨迹；曲线 2 为部分负荷好 似，系统阀门部分开时的阻力特性曲线，即泵 /风机要克服摩擦，压力随流量的 平方而变化。泵/ 风机运行工况是泵 / 风机的特

6、性曲线与管路阻力曲线的交点， 当 用阀门控制时，由于要减小流量，就要管小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力 曲线从1移到2,扬程则从H1移到H2,流量从Q1减小到Q2运行工况点从C1 移到 C2。 从图 1 可以看出，流量虽然减少，扬程（压头）却反而增加，轴功率 P 比调 节前减少不多。若采用变频调速，随着转速下降，扬程（压头）一流量特性变为 图2中的曲线1,系统工况点也由C1、变到C2代表轴功率的面积比采用挡板 调节时明显减小，两者之差即为节省的轴功率，也就是图 3 中的矩形 C2H2C2 H2、的面积。 有泵/ 风机的相似律可知, 当改变电机转速以改变风机转速时, 如果保持效率 bubiaz

7、e流量Q,扬程图1中，N1为泵/风机的H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机 在给定转速下满负荷即系统阀门全开时的扬程 （压头）、流量点和效率点的轨迹； 曲线 2 为部分负荷好似,系统阀门部分开时的阻力特性曲线,即泵 / 风机要克服 摩擦,压力岁流量的平方而变化。 泵/风机运行工况是泵 / 风机的特性曲线与管路 阻力曲线的交点,当用阀门控制时,由于要减小流量,就要关小阀门,使阀门的 摩擦阻力变大，阻力曲线从1移到2,扬程则从H1移到H2,流量从Q1减小到 Q2,运行工况点从C1移到C2 4. 水泵变频调速控制系统的设计 变频调速器的控制可以是自动的,也可以是手动的。目前,国内在水泵控制 系统中使用变

8、频调速技术, 大部分是在开环状态下, 即人为地根据工艺或外界条 件的变化来改变变频器的频率值, 已达到调速目的。 本水泵变频调速控制系统设 计,根据工厂生产工艺上所需冷却水供水要求, 考虑若干方面的因素, 采用闭环 调速控制。 系统主要有四部分组成 : （1）控制对象：电机功率100KW额定电流183A;水泵配用功率100KW流量 792m/h,轴功率 80.3KW,扬程 32.3m。 变频调速器：选用FRN110/P9S-4适配通用电动机功率110KW额定容量 160KVA额定电流210A。一般用于连续运转的混合的变频器容量选择的 基本方法是：变频器额定输出电流大于 1.1 倍电动机的额定电

9、流。 （3）压力测量变送器（PT）:选用DLK100-0A/0-1Mpa用于控制水管出口压力， 并将压力信号变换为4-20mA再输入调节器。 调节器（PID）:选用WP-D905输入信号4-20mA输出为PID控制信号 4-20mA。 系统的控制过程为： 由压力测量变送器将水管出口压力测出， 并转换成与 之相对应的4-20mA标准电信号，送到调节器与工艺所需的控制指标进行 运算得出调节信号， 该信号直接送到变频调速器， 从而使变频器将输入为 380V/50HZ的交流电变成输出为 0-380V/0-400HZ连续可调电压与频率的 交流电，直接供给水泵电机。 5. 运行效果分析 水泵电机装上变频调

10、速器后， 节能效果非常显著， 经过实测， 比未装变频器 节约 53%左右的电能，而且生产工艺稳定。采用变频调速器前后实测结果对比分 析可知： （1）节能效果非常显著，采用变频调速技术后，提高了电机的功率因 数，减少了无功功率消耗。 （2）采用变频调速技术后， 电机定子电流下降 64%，电流频率下降 40%， 水泵出水压力降低 57%。由于电机水泵的转速普遍下降，电机水 泵运行状况明显改善，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维 修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲 击。 （3）采用变频调速技术之后，由于水泵出口阀全开，消除了阀门因节 流而产生的噪音，改善了工人的工作环境。同时，克服了平时因 调节阀故障对生产带来的影响，具有显著的社会效益。 （ 4）系统采用闭环控制， 参数超调波动范围小， 偏差能及时进行控制。 变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节，控制精度高，能 保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。 （5）由于变频器调速器具有十分冷敏的故障检测、诊断、数字显示功