AMB-HVI高压变频器在上海宝钢水泵系统节能改造中应用
- 2013/6/9 9:05:474843
高压变频器节能效果明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长电机的寿命，也减少了管道的振动与磨损；总之，安邦信AMB-HVI系列高压变频器在上海宝钢集团热轧厂水泵系统的调速改造中应用是相当成功的。该系列高压变频器的先进性、可靠性已得到许多工业应用的证实。
高压变频器调速节能原理
高压变频器调速是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速目的。根据电机学原理，交流异步电动机转速由下式确定：
n=60f（1-S）/p（1）
式中：n—电动机转速；f—输入电源频率；S—电动机转差率；p—电机极对数。
由公式（1）可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。交流电动机的直接调速方式主要有：
1、变极调速（调整p）；
2、转子串电阻调速；
3、串级调速或内反馈电机（调整S）；
4、液力耦合器调速；
5、变频调速（调整f）；
在这五种调整方式中以高压变频调速的优点多，得到了广泛的应用。
据了解，水泵类或叶片式风机设备均属平方转矩负载，在满足流体力学的三个相似定律（即几何相似、运动相似、动力相似）的条件下，其转速n与流量Q、扬程（或压力）H以及轴功率P具有如下关系：
Q1/Q2＝n1/n2（1）
H1/H2＝（n1/n2）2（2）
P1/P2＝（n1/n2）3（3）
式中：Q1、H1、P1—水泵（或风机）在n1转速时的流量、扬程（或压力）、轴功率；
Q2、H2、P2—水泵（或风机）在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力（或扬程）、轴功率。
由公式（1）、（2）、（3）可知，水泵（或风机）的流量与其转速成正比，扬程（或压力）与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当水泵（或风机）转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动水泵（或风机）的电机所需的电功率亦可相应降低。
综上所述，调速是水泵节能的重要途径。采用高压变频调速可以实现对水泵电机转速的线性调节，通过改变电动机转速从而调节管道的压力及供水量。
本文将以上海宝钢集团为例，阐述了宝钢集团热轧厂水泵系统的变频节能改造。利用变频调速技术对原有工频运行的工况进行改造，同时分析了整个变频调速技术对改造系统的作用。使该系统在实际生产中，具有良好的节能效果和可靠稳定的控制方式，本文的应用研究使高压变频器在钢铁行业水泵系统节能改造中具有代表性。
宝钢集团热轧厂水泵系统的综合节能改造案例
改造系统基本工况
热轧厂水泵改造工程需要将系统控制从工频运行方式改造为变频调速运行方式。在宝钢集团热轧厂，由于轧钢每天轧制钢种不同，有时生产特殊钢种较多，用水量较大，而有时生产普通钢种，用水量较小，如果采用工频控制，，就会造成电机一直满负载运行，不但浪费水，而且还浪费电能。由于该冷却水采用的是循环水，改造前为防止高压电机因频繁启动而损坏，每天只能让一台水泵连续运行，而系统又不能完全使用完，只能让水从高位水箱溢流出来后再进入浊环水站处理，对水和电都是一种很大的浪费。这就要求在生产特殊钢种时，变频器能将频率变为50Hz，以保证水泵满负载工作。在生产普通钢种时，变频器将频率调整为25Hz左右，以维持所需的水流量。
系统电机参数如下：
配套电机：YLST450-8
电机功率：355KW
额定频率：50Hz
额定电压：6KV
额定电流：45.7A
功率因数；0.85
水泵型号：24LBSA-32
流量：2700m3/H
运行方式：一拖二即一台变频器同时带动两台电机运行。
通过对改造系统的分析，针对改造系统的工况要求，改造组决定对热轧厂铁皮坑泵组二台立式斜流泵（型号：24LBSA-32）、平流过滤泵组二台卧式离心泵（型号：20SH-13）进行变频调速控制。
系统变频改造方案图
宝钢一拖二变频改造方案图
QS为单刀隔离开关，KM为真空接触器，PR为电机综合保护器；虚框内为变频系统自带设备。
改造系统外围接口及控制方式要求
改造系统信号框图
变频改造后的效益计算
我们从水泵调速节能原理得知，当水泵拖动电机工频运行时，出力为额定值，转速及功耗为额定值，当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据水泵的相似定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间关系为：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
Q1、H1、P1—水泵在n1转速时的流量、扬程、功率；
Q2、H2、P2—水泵在n2转速时相似工况条件下的流量、扬程、功率。
水泵变频调速性能曲线变化
假如转速降低一半，即：n2/n1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。从上图中可以看出：当转速由n1降为n2时，水泵的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线η-Q看，Q2点的效率值与Q1点的效率值基本是一样的。也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，水泵仍能在同样甚至更高的效率下工作。
节能效益计算
全年发电机组运行时间按7200小时计算，其中双泵运行时间和单泵运行时间各占一半，发电机组满负荷、80%负荷、70%负荷、50%负荷运行时间均为1800小时，电费成本为0.6元/度。有相关资料显示，在满负荷全年运行至50%负荷全年运行情况下，投入安邦信生产的国产高压变频器后，全年节约电费均可达几十万元。