【摘要】
本文著重介紹了國產高壓變頻器在天津石化公司化工廠動力站的應用情況，對其節電情況進行對比。結果表明，動力站采用高壓變頻器對冷水泵進行調速節能改造，具有投資省，見效快等特點。
【關鍵詞】
高壓變頻器 功率
【Abstract】
The application of domestic high voltage inverter in Donglizhan air condition system of TPCC-CP .is presented in this paper,and the saving of electricity is compared.Consequently express that the adaption of HV inverter to cycle cold water pump is economice.
【Keywords】
High voltage inverter Power
1． 前言
中央空調系統已經廣泛應用于生產及公用、民用建筑中，并且是所有建筑物中的能耗大戶，其能耗占建筑總能耗的1/3以上，有的空調能耗甚至高達65%。空調系統是按最大負荷來設計的，所以設備的選擇都是按最不利情況來選型。在絕大部分時間內（例如：過渡季節，每天早晚，一般天氣情況等），系統只是部分負荷運行。而目前情況是冷機部分負荷運行，水泵卻是全功率運行。從節能角度來看，冷凍水泵也應作合理的調整。天津石化公司動力站是在2000年初投入試運行的冷凍水循環水裝置，存在很大的冷水泵全功率運行的電浪費，2004年在經過設計采用高壓變頻調速系統進行節流運行后，不但極大的滿足了生產工藝及控制要求，而且成功地解決了能耗問題。
2． 工藝現狀
2．1運行情況
天津石化公司化工廠動力站制冷系統有8臺溴化鋰制冷機，匹配4臺冷水泵，系統是按用戶所需冷量的最大負荷設計的。在實際運行中，系統在大部分時間在非滿負荷中運行。一臺冷水泵對應三臺溴冷機，三臺溴冷機滿負荷運行，冷水泵90%負荷運行。當少于三臺溴冷機運行或三臺溴冷機部分負荷運行時，只需冷水泵90%負荷以下運行，但冷水泵為全壓工頻運行，冷凍水的流量與壓力是通過冷水泵出、入口聯絡管及冷凍水供、回水母管聯絡管上的調節閥來進行調節，這樣造成電動機運行效率較低，而且降低了密封、閥門、法蘭的使用壽命。經統計，每年在4月-11月間，在86%的時間里電動機都在60%的負荷以下運行，所以為了節能和改善管線的運行工況和控制水平，首先對4#冷水泵電機采用變頻控制改造。
2．2技術參數
a．冷凍水供用戶壓力：0.47Mpa 溫度：7℃
b．溴冷機型號：NCC-63 制冷量：3516KW 流量：605m3/h
c．冷水泵型號：單級雙吸離心泵500S59 功率：450KW 流量：2020 m3/h
3.水泵的工作特性及節電原理
圖1中，水泵運行工況點D是泵的特性曲線nN與管路阻曲線R1的交點。
用閥門控制時，由于要減小流量，關小閥門，使閥門的磨擦阻力變大，阻力曲線由R1移到R2,揚程則從H0升到H1，流量從QN減小到Q3，運行工況從D點移到A點。
使用調速控制時，阻力曲線R1原樣不變。泵的特性取決于轉速，如果把速度從nN降到n1，特性曲線也會從n1移到n3。結果，運行工況點從D點移到C點，揚程從H0下降到H3，流量從Q1減小到Q3。
根據公式求出:
也就是說，用閥門控制流量時，有P功率時被浪費掉了。同時，隨著閥門不斷關小，這個損耗還要增加。而用轉速控制時，流量Q、揚程H、功率N和轉速n之間的關系可寫為：
即可概括為：流量Q與轉速n的一次方成正比；揚程H與轉速n的平方比成正比；軸功率P與轉速n的立方成正比。
4.工藝控制要求
過去是用改變閥門開度的方法調節冷凍水的流量和壓力（揚程）。現將變頻器接入冷凍水系統中，冷凍水泵運行以冷凍水母管壓力參數為給定量，決定水泵運行工況。根據工藝所需用供水母管壓力來調節電機速度，達到控制冷凍水的流量和壓力的目的。
4．1單臺變頻泵運行時
變頻器只能作一臺電機的變頻電源，所以每臺電機啟動、停止必須相互閉鎖，用邏輯電路控制，保證可靠切換。當制冷系統3臺以下溴冷機運行，只需變頻冷水泵單獨運行時，另外三臺工頻泵備用。變頻泵可以根據溴冷機冷凍水流量及冷凍水供水壓力最低需要在36—50Hz范圍調節。
A、 當一臺溴冷機運行時，變頻泵設定頻率為36Hz，保證單臺溴冷機正常運行的600m3/h流量需求，及冷凍水供水母管壓力0.47Mpa。如圖1中泵的特性曲線n3
B、 當兩臺溴冷機運行時，變頻泵設定頻率為41Hz，保證兩臺溴冷機正常運行的1200m3/h流量需求，及冷凍水供水母管壓力0.47Mpa。如圖1中泵的特性曲線n2
C、 當三臺溴冷機運行時，變頻泵設定頻率為45Hz，保證三臺溴冷機正常運行的1800m3/h流量需求，及冷凍水供水母管壓力0.47Mpa。如圖1中泵的特性曲線n1
4．2工頻泵與變頻泵并聯運行時
當制冷系統有4臺以上溴冷機運行，需要增加系統中的流量,兩臺水泵并聯工作，其中一臺由工頻泵做定速運行(性能曲線F2A2)，另一臺由變頻泵做變速運行(性能曲線F1A1)。另外兩臺工頻泵備用。由于季節及晝夜溫度的差別使得變頻系統的運行有著特殊性，管網總出口的壓力(HA)取決與兩臺并聯水泵各自的出口壓力(D2、D1)，從而決定了變頻泵不可能在太低的頻率下運行，否則會引起倒流或不出水的情況。另一方面太低的頻率回導致整體壓力下降，達不到冷凍水循環系統總體的揚程要求，處于工頻定速運行的水泵也易導致過流發生，在工頻泵與變頻泵同時運行的情況下，使變頻泵最低的頻率保持在38Hz以上。通過調試，作變速運行的電機，頻率給定（速度給定）由壓力信號的大小自動進行三種不同頻率（速度）的切換。
冷凍水系統如圖3所示#4冷水泵，電機容量為450KW，對應溴冷機運行方式。
5． 變頻器運行與操作
天津石化化工廠廠選用的高壓變頻器是東方日立（成都）電控設備有限公司（原東方凱奇公司）生產的完美無諧波DFCVERT－MV560／6B電壓型變頻裝置。主回路采用IGBT模塊結構，控制方式為單片微型計算機控制。
（1） 變頻器調試完畢投入運行，操作簡便，按正常電機啟停按鈕即可。從運行（或停止）指令發出到變頻器開始運行，遲緩1～2秒，同時有運行指示數碼指示頻率數值。
（2） 電機啟動特性改善。使啟動電流＜1.5IH時可實現電機軟起動，待10～20秒后電機正常運轉。
（3） 各種保護功能完全，發生事故變頻器首先自行跳閘，備用工頻電源和備用泵立即自行啟動，有故障自診斷功能，減少了運行人員的重復勞動。
6．使用時的注意事項
（1） 水泵、風機轉速調節范圍不宜太大，通常不應低于額定轉速的50%，最好在70%～100%之間。當轉速低于額定轉速的40%～50%時，水泵、風機本身的效率明顯下降，更不經濟。同時，應注意避開泵機組的機械臨界共振轉速，否則將會損壞泵機組。
（2） 變頻裝置的特性盡可能與水泵的負載特性一致，否則效果往往不太理想。
（3） 由SPWM變頻器驅動異步電機時，因高次諧波的影響，產生討厭的噪聲。可在變頻器與電機之間裝一補償器（約為總阻抗的3%～4%），將V/f比降低到與負載相適應的程度，噪聲可降低5～10dB。
（4） 由SPWM變頻器驅動異步電機時，流過電動機的電流比工頻供電時約大5%左右。在電機低速運行時，冷卻風扇能力下降，使電機的溫升增高，應降低負載轉矩和限定運行時間。
（5） 變頻器安裝位置周圍的環境溫度應低于35℃，變頻器的功率模塊上裝有風機進行強迫通風，散熱片上裝有溫敏元件，進行過熱保護。周圍環境溫度高于35℃時，功率模塊性能變差，效率就會降低，尤其是長期運行的水泵，可能會損壞模塊。
（6） 選用變頻器的容量要與電機電流（最大轉矩）相匹配，并且可提高1~2個檔次。尤其是工作環境差，環境溫度高，長年連續運行的水泵一定要高2個檔次以上。
（7） 正式投運前，用0.5級模擬儀表準確測量電壓、電流、頻率、功率等參數值，以校驗電機在設定工況條例下的正常運行能力。
（8） 當兩臺以上水泵并聯運行時，一臺為定速（工頻供電），一臺為變速（變頻供電），應先將定速泵按設計額定工況運行后，再用變速泵來調整系統參數。
7．經濟效益分析
以2002年4月-10月冷水泵運行情況為例，對4#冷水泵的運行進行節能分析，4#冷水泵全年運行時間6.5個月，約4680小時， 2002年4月-10月冷水泵運行工況見下表：
（1） 以60%的運行負荷計算，運行時間約2250小時。
電動機恒速運行，擋板調節流量，
消耗電量295×2250=663750KWH
采用變頻器驅動電動機運行，改變電動機速度調節流量
所需功率391×(0.6)3=84.5KW
消耗電量84.5×2250=190026KWH
每年節約用電約663750-190026=473724KWH
（2） 以30%的運行負荷計算,運行約1685小時
電動機恒速運行，擋板調節流量，