变频器在电厂循环水泵中的应用
一、前言：
凡是有风机、水泵、压缩机的地方都要使用电动机，凡是使用电动机的地方，都可以使用变频器。安全、节能、环保是变频器的三大法宝。目前，我国的风机、水泵、压缩机拥有量超过4000万台，用电量约占全国发电总量的40%。如此大的耗电量使如何实现节能成为一个突出的问题。变频器正是由于具有优良的节能效果，使我国成为变频器应用的大国。二十年前，西方发达国家全面实施变频改造，到目前为止已基本改造完成，节能效果非常明显。近年来，我国也开始实施变频改造，为国家节约了大量的资源。因此，变频改造已成为工业发展的必经阶段。今年年初，我们对本市某小型电厂内循环水泵进行了变频改造，收到了很好的效果。
二、系统原理：
该电厂的蒸汽锅炉出口处蒸汽温度高达450度，压力4Mpa。然后把蒸汽通过管道通到气轮机入口使气轮机叶片旋转，从而带动发电机组发电。气轮机尾部也有一个通道，连接到一个冷凝器，用以冷却气轮机尾部蒸汽温度。蒸汽遇冷，形成真空，使气轮机蒸汽入口处与出口处压差增大，提高发电效率。冷凝器中有盘管，盘管内应该始终保持为冷水，以达到良好的冷却效果。该电厂冷却水的循环是采用一台电机把冷凝器中的热水抽到冷却塔，再把冷却后的水抽到冷凝器中，反复循环。冷却水循环泵机使用132KW的电机，共两台，一台运行，一台备用。未改造前，泵机启动采用传统的直接工频启动方式，这种启动方式的缺点是：接触器故障多、体积大、控制性能差、能耗大、启动冲击大，一台132KW的电机，每天耗电量高达3200KWh。
三、控制方案：
1、由原来的直接工频运行改为变频器运行方式，节能、安全。
2、根据冷凝器内真空度调整水流速，即调整泵机转速，以改变冷凝器盘管中冷水的流量，从而改变冷却能力，以达到调节真空度的效果，实现恒压供水。
3、台电机间切换造成的冷凝器缺水时间不超过5秒，以保证系统正常运行。
四、方案论证：
采用检测气轮机尾部真空度控制电机转速，真空度提高，减小冷却水流量，即循环水泵机转速下降。试验得出：冬季水温在-10度时，压力0.099Mpa，频率可以从50HZ下降至43HZ，根据查表可得节电率为40%左右，每天节电约为1300KWH，实施变频改造的性价比很高，方案可行。
电机在不同频率下运行的节电效果：节约电量P=N3
频率下降10％情况下的节电率：
1-（1-10％）3=27.1％
1）频率下降15％情况下的节电率：
1-（1-15％）3=38.6％
2）频率下降20％情况下的节电率：
1-（1-20％）3=48.8％
3）频率下降25％情况下的节电率：
1-（1-25％）3=57.8％
4）频率下降30％情况下的节电率：
1-（1-30％）3=65.7％
5）频率下降40％情况下的节电率：
1-（1-40％）3=78.4％
6）频率下降50％情况下的节电率：
1-（1-40％）3=87.5％
五、硬件设计：
根据系统特点及控制要求，采用丹佛斯6000HVAC系列变频器。该变频器可以用于所有风机、水泵系统。有效降低能源消耗和运行成本，并可在恶劣的条件下运行。VLT6000HVAC包含了RFI滤波器、DC电抗器、双通道PID调节器、水泵控制器以及多种内置通讯选件。具有自动能量优化（AEO）功能，自动缓升/降功能和电机自适应（AMA）功能。一个HVAC系统中泵机是主要耗能设备，VLT6000HVAC的调速技术能够对电机进行控制，使其始终按照所需要的速度运行，以提高系统效率，降低能耗。VLT6000HVAC采用的是VVCplus控制原理。VVCplus是用于感应电机转矩和转速控制的一种无传感器矢量驱动系统，能够保证在额定频率下运行时，电机得到额定的功率，无需降低定额使用。自动能量优化（AEO）能够在各种运行条件下将变频器的电压输出优化至电机的实际需要。AEO能够将电机功率的消耗减少至最低程度，从而使电机运行在最佳效率上。电机自适应功能（AMA）可在电机停车状态下测量电机的关键参数。跟踪启动功能确保顺利投入正在旋转的电机。而带升压功能的睡眠状态可在不需要运行时关闭电机而在需要时重新启动电机。自动升/降功能可以防止由于不适当的加速和减速的定时程序造成的跳闸。双通道的PID调节器可以接受多达两个传感器的反馈，分别为最小、最大、合计、差额、平均、二分区最小和二分区最大的计算。设定值和反馈信号在调节器中直接编程。
(电器回路如附图所示：)
1.主回路：
(1)两台电机M1、M2，一台运行，一台备用。当Q1闭合，KM5闭合，变频器得电初始化，3秒后，若KM3闭合，则M1变频启动，若KM4启动，则M2变频启动。
(2)为增加可靠性及维修方便，M1，M2也可直接工频启动，工作时KM1闭合，M1工频启动，KM2闭合，M2工频启动。
2.控制回路：
(1)输出频率控制部分：电阻传送压力表安装在气轮机尾部管道上，用于检测压力。有两块3位半数字表头，分别显示给定压力值、反馈压力值。给定值通过53端子送给变频器，反馈值通过60端子送给变频器。53及60输入量用于变频器内PID运算，决定变频器的输出频率。
(2)起停控制部分：KA闭合，变频器启动；如果变频器及负载发生故障（过压、欠压、短路、过热），则变频器立即停止，应立即切换到工频运行，以保证正常工作。
(3)变频器工作状态指示：H为变频器工作指示灯；所连接的3位半数字表头，显示变频器当前运行数字频率。
六、系统调试及参数设定：
1）上限频率
水泵的机械特性具有平方律特点。当转速超过额定转速时，负载的阻转矩将增大很多，导致电动机的严重过载。所以，上限频率（fH）不应超过额定频率（fN），故确定为50HZ。
2）下限频率
在保证一定的水流量时调试，频率从50HZ逐渐下降，最终根据实际情况确定为40HZ。
3）升速时间
冷凝器缺水时间不能超过5秒，变频器初始化时间2秒，所以升速时间设定为3秒。
4）PID参数整定
a．设置系统为闭环过程调节，然后设置相应的反馈及给定值。
b．选择控制规律：当真空度提高时，要减小水流量，压力变送器的值为-0.1Mpa～1Mpa，对应的标准输出信号4～20mA，所以选逆向控制。
c．过程调节器的优化：
a）启动电机。
b）把参数423（PID比例增益）设置为0.3并逐渐增加，直到过程显示反馈信号失稳为止。然后再降低该值，直到反馈信号反向稳定为止。现在将比例增益降低40%～60%。
c）把参数423（PID积分时间）设置为20秒并逐渐减小，直到过程显示反馈信号为止。然后再延长积分时间，直到反馈信号反向稳定为止，最后将该值增大15%～50%。
七、结束语：
实现变频改造以来，设备运行良好。尤其是冬季，节能效果非常明显，高达30—50%。同时，很少发生故障，节约了大量的维修经费。本方案在北方地区尤为适用。★
