山东新风光电子科技发展有限公司 孟军 孔令凯

                                     Zhang Shengjie  Meng Jun  Kong Lingkai

摘要：本文介绍了风光牌高压变频器在蓬莱市滨海热力有限公司中的应用情况，为解决蓬莱滨海热力热网循环泵与锅炉引风机工频运行时浪费能源、频繁操作这一问题，采用高压变频调速器，对热网循环泵与锅炉引风机电机进行改造，对比分析改造前后的运行数据，得出对热网循环泵与锅炉引风机进行高压变频改造后的节电效益。

Abstract: The article introduces the application instances of FengGuang high voltage inverter of PengLai Heating Company，To solve the problem of wasteing of energy and frequent speculation in running of power frequency in PengLai Heating Company, Using high voltage inverter，implementing transformation for circulating pump and lead fan. And comparing data before and after running，and the energy savings is analyzed.

1前言

蓬莱市滨海热力有限公司成立于2005年8月26日，承担着蓬莱市集中供热的开发、建设、运行、经营、维护管理任务。现建设供热首站一座，热源厂一座，装机容量为3×70MW，选用1000kW热网循环水泵1台，560kW热网循环水泵2台。敷设一次管网94公里，二次管网142公里，管网覆盖面积达到500万平米，供暖面积达到350万平方米，建成47个换热站，在站内采用远程监控系统，实现“中央监测、统一调度、现场控制”的控制模式。全市居民用户已享受集中供暖，形成了较为完善的热力设施配套网络。公司厂区如图1所示。 

图1  厂区图

2变频改造项目工况介绍

由于供热系统自身的特点，热网循环系统在运行中主要保证水循环稳定和压力恒定，即控制好水位、水压达到安全运行的目的。机组在供热期间，供热负荷变化时需要调节水量，同时需要调节锅炉引风机的风量，而电机的出力并没有变化，其消耗的厂用电率是相当可观的。当前节能环保已成为各发电企业必须完成的硬指标,所以降低厂用电率,合理调配设备运行方式是我厂急需解决的问题。

因此，我厂对热网循环泵以及锅炉引风机进行节能改造，最佳方案就是采用高压变频器进行调速，这样就可以通过调节压力、改变电机转速来控制流量，可以方便地调整机组的供热量，不但具有非常大的节能潜力，而且达到管道稳压的最佳效果。

   我厂目前有三台70MW锅炉，配套500kW锅炉引风机三台，1000kW热网循环水泵1台，560kW热网循环水泵2台。循环泵和引风机的具体参数如下：

表1：1#热网循环泵电机参数

表2：2#、3#热网循环泵电机参数

表3：1#、2#、3#炉引风机电机参数

3风机水泵类负载节能分析

一般异步电动机的同步转速为：n1＝60f/p 

而异步电动机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s） 　　

由上式可以得到，改变异步电动机的转速可以通过改变f、p、s可以达到。

针对某一电动机而言P是一定的，而通过改变s进行调速空间非常小，所以变频调速通过改变定子供电频率f来改变同步转速是异步电动机的最为合理的调速方法。 　　

若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。 

根据流体力学相似定律： Q1/Q2＝n1/n2 输出风量Q与转速n成正比； 

H1/H2＝(n1/n2)2 输出压力H与转速n2正比； 

P1/P2＝(n1/n2)3输出轴功率P与转速n3正比。 　　

当风机风量（水泵流量）需要改变时，如调节风门（阀门）的开度，则会使大量电能白白消耗在阀门及管路系统阻力上。如采用变频调速调节风量（流量），可使轴功率随流量的减小大幅度下降。变频调速时，当风机（水泵）低于额定转速时，理论节电为：

E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kWh) 

式中： n——额定转速 

n′—— 实际转速 

P——额定转速时电机功率 

T——工作时间 　　

可见，通过变频对风机（水泵）进行控制，不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。

4高压变频器技术要求及改造方案

经过了大量的技术论证，并且对目前高压变频器市场充分考查后，我厂决定选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的“风光牌”高压变频器对3台热网循环泵和3台锅炉引风机同时进行变频改造。共选用高压变频器5台，其中，JD-BP38-1000F型高压变频器1台，控制1#热网循环泵；JD-BP38-560F型高压变频器1台，控制2#、3#热网循环泵；JD-BP38-500F型高压变频器3台，分别控制1#、2#、3#锅炉引风机。

4.1 改造对象

    我厂有3台热网循环泵和3台锅炉引风机，正常运行时，投运1#热网循环泵，当管网压力不足或者供热量不足时，投入运行2#热网循环泵，其中，2#、3#泵互为备用。运行人员可根据供热量的大小投入一台或两台热网循环泵变频运行，并且根据锅炉供热量的大小调整锅炉引风机的风量大小。当运行的变频器发生故障时，自动切换到工频运行，确保供热系统运行稳定。

4.2改造逻辑设计

    由于热网热负荷调节以调节汽轮机抽汽量为调节方式，所以热网循环泵主要以稳定供热管网压力为调节方式。热网循环泵变频调节以热网供水压力为被调量，通过DCS系统调节热网循环泵转速来调节供水压力。

    引风机调速是由电厂操作人员通过DCS系统的显示器上的模拟操作器，参照烟气温度、锅炉蒸汽温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4～20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机转速控制，从而达到调节的目的。

4.3对变频调速系统的主要要求

（1）要求变频器要有高可靠性，长期运行无故障。

（2）要求变频器有旁路功能，一旦出现故障，可使电机切换到工频运行。

（3）调速范围要大，效率要高。

（4）有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘振。 

4.4高压变频器主回路设计

    （1）我厂1#循环泵与1#锅炉引风机高压变频器采用一拖一自动旁路控制方案，一台变频器拖动一台电机，当变频器出现故障时可以自动切换到工频运行；并且，变频器旁路部分具有互锁功能，确保电机不出现变频、工频同时驱动。其一次电路如图2所示。2#、3#锅炉引风机高压变频器同样采用一拖一自动旁路控制方案，其主回路控制与图2中1#锅炉引风机主回路控制同理。

      图2  1#循环泵与锅炉引风机高压变频器主回路图

   （2）我厂2#、3#循环泵高压变频器采用一拖二自动旁路控制方案，一台变频器拖动两台电机，两台循环泵互为备用；当变频器出现故障时可以自动切换到工频运行；并且，变频器旁路部分具有互锁功能，确保两台电机不出现同时驱动，同一电机不出现变频、工频同时驱动。其一次电路如图3所示：

图3  2#、3#循环泵高压变频器主回路图

4.5 控制回路设计

图4  高压变频器控制外围控制回路

如图4所示，DCS系统输出 4～20mA电流信号控制JD-BP38高压变频调速系统的运行频率， 来控制电机的运行转速。  JD-BP38高压变频调速系统反馈4～20mA电流信号指示JD-BP38高压变频调速系统的输出频率、输出电流。JD-BP38高压变频调速系统同时接收DCS控制系统的启动、停止、急停、复位控制信号，调整运行状态。
     当JD-BP38高压变频调速系统故障时，系统输出故障停机和报警信息，用于提示用户启动故障处理措施，同时JD-BP38高压变频调速系统将信号发送给DCS，在DCS系统上显示故障，以便于及时的排除故障。如果系统出现紧急情况，DCS监视人员立即点击变频器紧急停止按钮，此时变频器立即封锁输出，并及时跳开现场10kV小车开关。

5改造后的节能效果以及效益分析

图5 高压变频器现场应用

高压变频器现场应用照片如图5所示。根据现有供热面积，在3、11、12月份单台热网循环泵运行即可满足热用户要求；进入1、2月份后要增加起动2#和3#其中一台循环泵进行补热。现将我厂热网循环泵和引风机变频改造前后电流的变化进行比较（以2009年11月10日至2010年3月28日工频运行时平均数据与2010年11月10日至2011年3月28日变频运行时平均数据统计值进行比较）。

表4：改造前后每月运行电流平均值

   表4 数据为每个月份内统计的平均电流数据，从统计学上进行分析，节能效果还是非常明显的。但是由于2010年敷设的管道比2009敷设的管道有所增加，所以也不能进行完全对比。但是我厂从全厂用电功率上进行了对比，使用高压变频器后节能大约为28%，节电效益非常明显。

6结束语

山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38型高压变频器在我厂运行一年来，其性能稳定、节能效果明显。由于天气温度变化，所以每个月的供热量是不同的，这样就可以通过调节变频器的频率来调节供热量以及锅炉引风机的风量，在提高工作效率的同时又得到极大的经济效益，具有广阔的推广意义。

参考文献

山东新风光电子使用手册[Z] 山东新风光电子科技发展有限公司。