发电厂风机水泵的变频调速

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 Y-△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%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。

图1 泵/风机的特性曲线 图2 变频泵/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bubiaze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。

(2) 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倍电动机的额定电流。

(3) 压力测量变送器（PT）:选用DLK100-OA/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。

(4) 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、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。

综上所述，变频调速技术用于风机、水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。实践证实，变频器用在风机、泵类配置驱动掌控场次获取了明显的节能作用，是一类理想的调速掌控方法，即提升了配置速率，并满意了制造技术请求，而且大大递减了配置保护、修理花费，还降低了停产周期。