变频调速节电技术在自来水厂中的应用

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1、变频调速节电技术在自来水厂中的应用张玉林1,刘志梅1,刘国藩2,孙艺夫2,刘汉玉1(11铁法煤业(集团)有限责任公司水暖厂,辽宁铁法112700;21沈阳天工热电设备有限公司,辽宁沈阳110032)摘要:对国内外高压电动机所采用的变频调速技术方案的优缺点进行了分析,介绍了面向高压电动机的“TG系列高-低压变频调速集成装置”的技术特点和应用效果,指出采用变频调速装置调节水泵高压电动机转速的方法具有良好的节能效果,可简化和便于泵房设备的调度,易于实现自动控制,是水泵节能技术改造的最佳方案,应大力推广应用。关键词:水泵;高压电动机;变频调速;节能中图分类号:TM921.51文献标识码:

2、B文章编号:1004-7948(2004)07-0040-03低4818%,节电效果十分显著。转速在80%～100%的范围内变化时,泵的效率基本不变。水泵调速之后,可以得到对应不同转速下的新的最佳工况点。不调速时,只有一个最佳工况点,调速后得到一条最佳工况线。这样,水泵运行适应工况的范围扩大了,水泵容易在最佳工况区运行,减少能耗。水泵调速可以通过很多途径实现,其中变频调速是目前最理想的一种。我们知道,异步电动机的转速n与电源频率f成正比,与电动机极对数p成反比,见下式n=(1-S)60f/P,S=(n1-n)/n1式中S为异步电动机的转差率;n1为异步电动机的同步转速。从公式中不

3、难看出:均匀改变电动机定子绕组的电源频率f,就可以平滑地改变电动机的转速。电动机转速变慢,轴功率就相应减少,电动机输入功率也随之减少,这就是水泵变频调速的节能原理。为了保持调速时电动机的最大转矩不变,需要维持电动机的磁通恒定,为此,要求定子绕组电压也要作相应的调节,变频调速器兼有调频、调压两种功能,变频调速器就是基于这个原理实现调速的。过去,在变频技术特别是高压变频技术尚未成熟时期,我国曾推广过液力偶合器、电磁调速电机、调压调速电机等以滑差损耗为代价的低效率调速方式。例如液力偶合器,就是一种利用油为介质的滑差传动装置,油传递功率时,不仅消耗能源变成热量白白浪费掉,而且产生滑差丢转

4、数。况且,一旦发生故障只能停产检修,造成重大损失。而以变频调速为代表的现1序言对于供水系统的水厂来说,最大生产成本就是水泵电动机的耗电电费。节能降耗始终是自来水公司管理工作的重中之重。统计表明,给水工程中电费约占供水成本的50%～80%,水泵电动机的电费占总电费的95%左右。实际运行中,水泵的效率大多数不足60%,泵站的综合效率不足50%,存在着较大的能源浪费。因此,在能源供应紧张的今天,如何运用水泵供水节能技术,使水泵能经常高效运行,从而节约电动机的耗电量,对提高自来水公司的经济效益具有重大意义。目前,绝大多数水泵都采用恒速电机拖动,当水量发生变化时,采用阀门节流的办法来调节流

5、量,因此严重浪费电能。利用改变电动机的转速可改变水泵的特性,使之适应供水系统工况变化幅度较大的情况,可达到实现节能降耗的目的。在各种调节方式中,调节水泵的转速是降低能耗的最好方式。原因在于改变水泵的转速且转速在80%～100%范围内变化时,泵体内的水流速度与转速成正比,流量与转速比成正比,扬程与转速比的平方成正比,轴功率与转速比的立方成正比,即Q=Q0(n/n0)H=H0(n/n0)2P=P0(n/n0)3(1)(2)(3)式中:n0为额定转速;Q0为额定转速时的流量;H0为额定转速时的扬程;P0为额定转速时的轴功率;n为调速后的转速;Q为n转速时的流量;H为n转速时的扬程;P为

6、n转速时的轴功率。实现平滑无级调速,精度高、启动电流小、容易实现生产过程的自动控制,具有安装容易、操作简单、调试方便等优点。即便装置万一发生故障,随时可切回原工频运行方式,不误生产。2高压电动机所用的各类变频调速方式分析目前,国内外对高压电动机所采用的变频调速技术方式有如下几种。211高-低-高压型它先通过一台降压变压器将高压变为低压工频电源,输入低压变频器,然后再将变频器输出的低压变频电源通过一台升压变压器变为高压,提供给高压电动机变频调速。该方式的缺点是升压变压器必须采用非晶态合金磁性材料,在非正弦变频工况下,效率低、功率因数低、高次谐波大、成本高、占地面积大。由于该方式技术

7、落后,成本高,现已被淘汰。212高-高压型它通过多支高压变频器件串联方式,实现高压频率直接转换。其缺点是多支高压变频器件串联的变频装置,串联器件的均压问题不好解决,可靠性差,造价高。如青海格尔木盐业有限公司引进的4台6kV、500kW高-高压IGCT串联型变频装置,已有两台发生高压击穿,修复费十分昂贵。213多重化型它通过一种特制的变压器将高压降为不同电角度的低压,经多台(6kV为15台,10kV为27台)低压变频器叠加成高压。其优点是输出波形接近于正弦,高次谐波较低。缺点是变压