中压变频器在工业水泵房的应用

赵昌飞

中国石化集团资产经营管理有限公司扬子石化分公司水厂，江苏 南京 210048

中压变频器在工业水泵房的应用

赵昌飞

中国石化集团资产经营管理有限公司扬子石化分公司水厂，江苏 南京 210048

介绍了A-B变频器的特点,阐述了工业泵进行变频改造的设计要求和系统配置,对水泵变频控制系统的实现作了较详细的介绍，并且在节能降耗方面进行了分析计算。

变频调速；节能降耗；电动机；水泵应用

电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一项主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，及高效率、高功率因数和节能效果，而得到了广泛的应用。

扬子石化公司水厂工业泵房为扬子公司提供工业用水，水泵开启后一直处于满负荷状态，而供水系统向外供水有高峰、低谷之分，工业用水量是随生产的实际情况而时刻发生变化的。因此，必须频繁开停泵或采用挡板、阀门等方法调节供水量，以满足供水的平衡。频繁开停水泵必将造成水泵、电机的机械冲击，减少它们的使用寿命，同时也造成电能的浪费。因此采用变频调速既节能降耗、延长设备使用寿命，又能很好的满足工艺要求。

1 技术要求

1.1 基本技术要求

为了解决上述问题，达到优化工艺控制、节能降耗、稳定生产的目的，对工业水泵房进行变频调速改造。对选用的变频设备提出如下要求：采用的变频器为国际先进技术、名牌产品；变频泵的操作应满足原岗位操作规程；在一定范围内实现供水量的平稳调节；在原有配电系统的基础上进行。

1.2 工艺对电气控制系统要求

变频泵可在变频和工频状态下切换，及时满足生产需求；变频泵能够及时启动或停止，以便准确控制管网水压；变频情况下，既可按管道压力自动闭环工作，亦可由值班人员在值班室手动调节；操作及联锁均经过PLC完成；安全检修方式，在检修过程中设备处于安全状态；准确的显示水泵的变频/工频工作状态以及电压、电流、转速、频率等电气数据；故障保护。

2 变频器的选用

经过调研，选用了由ROCKWELL公司A-B品牌的PowerFlex7000中压变频器（空冷式）。Powerflex7000变频器的主要技术指标如下：功率950kW，输入电压6(1±10%)kV,输出电压0～6.6kV,输入频率50(1±10%)Hz ,输出频率0～75Hz,控制电源220V,效率＞98%。逆变类型为PWM；冷却方式为风冷,输出波形为正弦电压电流波形。

Powerflex7000型中压变频器的特点是：

1) 具有电流保护特性，免除了输出短路造成器件损害的可能，无需熔断保护电路，降低了系统的复杂程度。

2) 采用了脉宽调制技术（PMW），电流源（CSI）作为驱动端逆变器。使用最先进的中压大功率器件 SGCT（对称门极换流晶闸管），具有可阻断双方向的电压、门驱动集成、开关频率高和双面冷却的特点。用它组成的变频器,逆变开关数量比其他任何中压变频技术的器件数量都少。可能量回馈给6kV母线，具有电流抑制电抗器。

3) 功率结构模块化，具有输入、输出波形好，可靠性高、使用简单和维护方便等特点。隔离变压器为18脉冲、1065kVA干式变压器，主要起移相作用。隔离变压器的保护由进线开关完成,Powerflex7000变频器配置的保护有过电压、过电流、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、功率模块的过热保护、接地故障保护等，电机的保护由变频器承担，包括过载、短路、接地和低电压等。

3 变频系统的配置

根据工艺要求选择供水工业320泵进行变频调速改造，该泵型号为24SA～10，轴功率为727kW，介质为清水，转速为960 r/ min，出厂日期1985.8。驱动电机型号为JSQ850-6，额定功率850kW，额定电压6kV，额定电流为95.4A,额定转速为980 r/ min，出厂日期为1985.9。

选用Powerflex 7000中压变频器控制工业320泵的变频调速运转，利用原320泵电机断路器作为变频器的电源断路器。变频器放置在工业高配后面的专用变频器室，变频调速系统的单接线如图1所示。

图1 电气单线图

图2 电气控制框图

4 变频控制的实现

4.1 控制方式要求

控制方式：机旁就地开、停泵操作；控制室微机开、停泵操作。

两种控制方式通过控制室仪表屏上转换开关进行切换。

4.2 转速给定方式

由压力传感器反馈的水压信号（4～20mA）直接送入PLC，与PLC内设定值比较，并通过PID调节计算确定变频器应有的工作频率，由PLC对变频器发出调速指令，调节水泵的转速，以满足恒压供水的需要。

根据调度指示，手动给定指令至PLC，实现320#变频泵分档步进、循环调速控制。电气控制框图如图2所示。

4.3 变频系统的操作方法

现场操作或仪表操作开启变频器时均需要通过仪表PLC先合6k V断路器，断路器合后变频器自检，通过后变频器给仪表控制室发RDY信号，这时才能由仪表控制室发合变频器命令，变频器开始工作，向仪表控制室发RUN信号。现场或仪表操作停变频器时，均需要通过PLC先停变频器，变频器停发RUN信号，仪表控制室接到后停断路器。

为了保证工艺操作人员的操作习惯，及减少误操作的可能，只允许在现场操作柱或微机上操作，通过PLC控制完成对开关柜和变频器的分合，如果在开关柜和变频器上都要进行分合操作，将会带来很多安全隐患。

4.4 变频器与泵房微机控制系统的通讯功能

变频器具备与泵房微机控制系统的通讯功能，并能向泵房微机控制系统传输以下信号：变频器运行状态下的电机转速；变频器的开、停状态和断路器的状态；电机的工作电流；变频器的故障显示和开关柜的故障跳闸显示。

4.5 变频器故障动作程序

当变频器出现故障时，变频器自停，通过CBOR信号至6KV开关柜停断路器。当6kV开关柜故障时，通过综保继电器发出故障信号至变频器，延时40ms停断路器。如果变频器运行时突然失电后果是非常严重的，为了保证开关故障时，不立即对变频器失电，对开关的综保装置进行设置，延时40ms，给变频器预留准备时间，然后再停断路器，这样对变频器起到很好的保护作用。

5 效益分析

该电机额定功率850kW，每年用电量在700万度左右，通过这次变频改造以后，该泵的年节电量为（工频运行时的耗电量!变频运行时的耗电量）*24h*365天，即（850-750）*24*365=876000（kW!h）每年可节约电能80万度左右。其节能效果相当显著。(功率数750 kW为改造运行至今的运行平均值)

另外，变频系统投用前，工业水管网压力一般在0.65 MPa左右,且波动比较大,变频系统采用压力闭环控制，保证工业水管网水压为0.60MPa。由于变频器的调速平滑，控制精度高，所以管网压力波动范围很小，能充分满足现场供水工艺要求。同时保证了供水质量，并延长了管网及其阀门的使用寿命。

6 结语

变频调速技术在工业泵房的应用,不仅优化了工艺运行,减少了操作环节,大大提高了泵房操作系统的自动化程度,而且节电降耗,降低成本。随着市场竞争日趋激烈，企业将面临更大的挑战，中压变频调速技术的应用必将为企业降本增效、提高市场竞争力方面作出应有的贡献。

[1] 满永奎，韩安荣.通用变频器及应用(第3版) [M].北京：机械工业出版社，2012.

[2] 陈伯时.陈敏逊.交流调速系统[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

[3] 张耀. 电气自动控制系统[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.107