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1前言
　　廣西信發(fā)鋁電有限公司是山東信發(fā)集團實(shí)施“走出去”戰略，在廣西百色靖西投資興建的一家集發(fā)電、礦山、氧化鋁、碳素、鋁深加工等產(chǎn)業(yè)于一體的現代化企業(yè)。集團總公司山東信發(fā)集團始建于1972年，現有總資產(chǎn)800余億元，廣西信發(fā)鋁電有限公司一期工程包括3×155MW發(fā)電機組、160萬(wàn)噸氧化鋁、16萬(wàn)噸電解鋁礦山的選礦、洗礦等輔助工程。
　　廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁（一期）的循環(huán)水系統配置4臺水泵，根據季節不同，氣溫差異開(kāi)啟兩臺或三臺循環(huán)水泵，對氧化鋁有關(guān)生產(chǎn)設備進(jìn)行冷卻。由于水泵機組密封、機組效率、季節性溫差等原因，往往是為了保證生產(chǎn)冷卻需要，通常存在循環(huán)水系統開(kāi)兩臺流量不夠，開(kāi)三臺流量過(guò)大的情況，夏季運行流量卻不足等現象，這就無(wú)法保證水泵機組的長(cháng)期經(jīng)濟穩定運行，無(wú)法實(shí)現循環(huán)泵的功耗跟生產(chǎn)負荷隨機調整，循環(huán)泵能耗居高不下。在保證生產(chǎn)冷卻的同時(shí)減少循環(huán)水浪費、節約電耗即循環(huán)水泵改造的目的。
　　為了降低循環(huán)水泵的用電，提高水泵的運行效率，在2011年廠(chǎng)技改項目中，信發(fā)鋁電公司氧化鋁廠(chǎng)領(lǐng)導決定在循環(huán)水泵上采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2套1120 kW /10kV高壓變頻器對1#～4#循環(huán)水泵進(jìn)行調速改造。
2 改造設備現場(chǎng)參數
　　循環(huán)水泵主要負責分解槽的板式換熱和精液降溫，并為分解槽和立下軟水系統，真空泵系統提供用水。通過(guò)涼水換熱后的回水進(jìn)行降溫重新利用。循環(huán)水工藝流程如圖1所示。

　　循環(huán)水泵房配置4臺完全相同的循環(huán)泵，根據生產(chǎn)需要添加或減少投入的水泵數量。設備詳細參數如表1、表2所示。
3循環(huán)水泵節能原理
　　根據水泵的壓力-流量特性曲線(xiàn)按照工藝要求實(shí)現變速變流量控制，是節電的有效方法。
　　按照電機學(xué)的基本原理，電機的轉速滿(mǎn)足如下的關(guān)系式：
　?。?）
　　其中p為電機極對數，f為電機運行頻率，s為滑差。
　　從式（1）看出，電機的同步轉速正比于電機的運行頻率（），由于滑差s一般情況下比較?。?～0.05），電機的實(shí)際轉速約等于電機的同步轉速。從所以調節了電機的供電頻率，就能改變電機的實(shí)際轉速，進(jìn)而控制水泵流量的大小。
　　水泵功率與轉速有下列三次方關(guān)系：
　?。?）
　　其中P為水泵消耗功率，KP為功率常數，n為電動(dòng)機拖動(dòng)水泵的轉速。
　　由式（1）和式（2），得式（3）：
　?。?）
　　根據式（3）可以計算出：當頻率從50Hz降至45Hz時(shí)，可節約水泵能耗27%左右。
　　更直觀(guān)的水泵工作曲線(xiàn)圖如圖2所示，泵的軸功率與流量和揚程有以下關(guān)系，P∝KQH，Q為流量，H為泵出口壓力。由于循環(huán)水泵受管道阻力影響較小，在出口壓力基本恒定的情況下，轉速降低，流量降低，使泵的輸出功率減小。這種情況下節能效益比恒壓供水要顯著(zhù)得多。圖2中陰影部分為節能功率。

4 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統技術(shù)參數
　　山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。
　　JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)參數如表3所示。

5變頻改造控制方案
　　變頻調速系統操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統的安全性能。通過(guò)目前氧化鋁廠(chǎng)已有的DCS對高壓變頻器運行狀態(tài)進(jìn)行監控，通過(guò)遠控和本地對變頻器進(jìn)行控制，遠控盒具有以下功能：開(kāi)機、停機、急停、變頻運行指示、變頻停止指示、變頻故障、頻率指示及電流指示，并可在DCS上顯示變頻器的運行數據和當前狀態(tài)，實(shí)時(shí)監控系統運行。
　　為了保證循環(huán)水泵系統的可靠性，變頻器裝置具有工頻手動(dòng)旁路裝置，當變頻器發(fā)生故障，停止運行時(shí)，在確認水泵及電機沒(méi)有故障的情況下，電機可以手動(dòng)切換到工頻下運行，這樣可以保證循環(huán)泵的供水要求，提高了整個(gè)系統的安全穩定性。
　　循環(huán)水泵變頻系統具有如下特點(diǎn)：為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時(shí)，由于變頻器的控制電源和主電源沒(méi)有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續運行，不會(huì )停機；在現場(chǎng)速度給定信號掉線(xiàn)時(shí)，變頻器提供報警的同時(shí)，可按原轉速繼續運行，維持機組的工況不變；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時(shí)，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續運行，減少突然停機造成的損失，如果變頻器出現3個(gè)以上的故障單元，當前水泵可轉工頻運行，可保證生產(chǎn)不受影響。
6 變頻改造主回路介紹
　　氧化鋁循環(huán)水泵系統變頻改造采用1#、2#水泵共用一套高壓變頻器，3#、4#水泵共用一套高壓變頻器。高壓變頻器采用一拖二手動(dòng)旁路方案，即配備兩臺高壓變頻器。以1#、2#水泵為例說(shuō)明其控制思路，其一次系統接線(xiàn)圖路如圖3所示，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的水泵上去。如圖所示高壓變頻器可以拖動(dòng)1#給水泵電動(dòng)機實(shí)現變頻運行，也可以通過(guò)切換拖動(dòng)2#給水泵電動(dòng)機實(shí)現變頻運行。兩側給水泵電動(dòng)機均具備工頻旁路功能。

　　QF1和QF2分別為現場(chǎng)1#和2#循環(huán)水泵電源高壓斷路器；
　　QS11和QS21分別為1#、2#循環(huán)水泵電源高壓隔離開(kāi)關(guān)；
　　QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)關(guān)；
　　變頻器為風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器。
　　高壓變頻器控制電機為一拖二控制，旁路開(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)，變頻器運行時(shí)，要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合，QS22斷開(kāi)，QS13斷開(kāi)，1#水泵變頻運行；QS12斷開(kāi)，QS13閉合1#水泵工頻運行；QS22閉合，QS12斷開(kāi)，QS23斷開(kāi)，2#水泵變頻運行；QS22斷開(kāi)，QS23閉合，2#水泵工頻運行；其中，QS12與QS13、QS22實(shí)現電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實(shí)現電氣互鎖；將控制柜“遠控/本控”開(kāi)關(guān)打至“遠控”位置，將相應水泵斷路器“就地/遠方”開(kāi)關(guān)打至“遠方”位置，可實(shí)現水泵的遠控操作。
7循環(huán)水泵電機變頻注意事項
　?。?）目前，1#、2#電機共用一臺變頻器，3#、4#電機共用一臺變頻器。
　?。?）每次起泵、倒泵前電話(huà)通知電氣值班人員電話(huà)、確認哪臺電機使用哪臺變頻器。
　?。?）開(kāi)機：每次變頻啟動(dòng)電機確認給定最小頻率35Hz后方能啟動(dòng)，待電機轉速達到35Hz后手動(dòng)把電磁閥門(mén)打開(kāi)，直到全開(kāi)后，把電磁閥手動(dòng)開(kāi)關(guān)轉到自動(dòng)，再把水泵頻率開(kāi)到生產(chǎn)所需的頻率。
　?。?）停機：先把電機運行頻率降到35Hz以下，看電磁閥門(mén)是否關(guān)閉，確認電磁閥門(mén)完全關(guān)閉后再點(diǎn)“停機”按鈕，把設備完全停下來(lái)。
8 現場(chǎng)設備改造測試節能效果
　　循環(huán)水泵變頻改造后，2011年6月，兩套高壓變頻器一次性投入生產(chǎn)，至今運行正常。經(jīng)過(guò)廠(chǎng)節能服務(wù)中心測試，系統達到了預期的效果。水泵變頻改造后，循環(huán)水泵輸入電流有明顯下降，設備實(shí)現了軟起動(dòng)，改善了設備的運行工況，極大地減輕了設備起動(dòng)時(shí)對供配電系統的沖擊。改造后的實(shí)際測量數據如表4所示。

　　為了對比改造前后的節能效果，在生產(chǎn)負荷基本相同的條件下，當工頻運行時(shí)，原系統為1#、2#、4#循環(huán)水泵投入運行，經(jīng)統計三臺泵總的耗電量平均約為3300kW/h。當變頻運行時(shí)，此時(shí)設備1#、4#循環(huán)水泵為變頻運行，2#循環(huán)水泵為工頻運行（全開(kāi)閥門(mén)），3#循環(huán)水泵作為備用。抄錄分解循環(huán)水耗電計量表數據如表5所示。

　　變頻耗電=692.6+1100.57+697.7=2490.87kW/h
　　節電量=原工頻耗電-變頻耗電=3300-2490.87=809.13kW/h
　　節電率=節電量/原工頻耗電=809.13/3300=24.5%。
　　另外循環(huán)水泵變頻改造后，具有軟啟動(dòng)、軟停止；提高了機組水泵的運行效率；現場(chǎng)噪音大大降低，有效改善現場(chǎng)的運行環(huán)境，操作人員反映良好；便于實(shí)現廠(chǎng)循環(huán)水泵機組控制系統自動(dòng)化管理。
9結束語(yǔ)
　　經(jīng)過(guò)國內變頻器廠(chǎng)家的不斷努力，國內變頻器產(chǎn)品以其性能良好，性?xún)r(jià)比高，良好的本地化服務(wù)，廣泛應用于各行各業(yè)，并且綜合效益顯著(zhù)，能短期內為用戶(hù)收回投資。隨著(zhù)國家對節能減排工作力度空前加大，變頻調速技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊，已迎來(lái)歷史黃金發(fā)展時(shí)期。