摘 要：本文介绍了高压变频器在广西信发铝电集团氧化铝循环水泵机组中的应用情况，通过对水泵变频改造方案的介绍及改造后节能效果的比较分析，表明氧化铝企业循环水泵机组变频改造节能效果显著，具有较高的经济效益。 关键词：高压变频器 水泵 节能
1前言
广西信发铝电有限公司是山东信发集团实施“走出去”战略，在广西百靖西投资兴建的一家集发电、矿山、氧化铝、碳素、铝深加工等产业于一体的现代化企业。集团总公司山东信发集团始建于1972年，现有总资产800余亿元，广西信发铝电有限公司一期工程包括3×155MW发电机组、aioo111160万吨氧化铝、16万吨电解铝矿山的选矿、洗矿等辅助工程。 广西信发铝电有限公司氧化铝（一期）的循环水系统配置4台水泵，根据季节不同，气温差异开启两台或三台循环水泵，对氧化铝有关生产设备进行冷却。由于水泵机组密封、机组效率、季节性温差等原因，往往是为了保证生产冷却需要，通常存在循环水系统开两台流量不
够，开三台流量过大的情况，夏季运行流量却不足等现象，这就无法保证水泵机组的长期经济稳定运行，无法实现循环泵的功耗跟生产负荷随机调整，循环泵能耗居高不下。在保证生产冷却的同时减少循环水浪费、节约电耗即循环水泵改造的目的。 为了降低循环水泵的用电，提高水泵的运行效率，在2011年厂技改项目中，信发铝电公司氧化铝厂领导决定在循环水泵上采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的2套1120 kW /10kV高压变频器对1#～4#循环水泵进行调速改造。
2 改造设备现场参数
循环水泵主要负责分解槽的板式换热和精液降温，并为分解槽和立下软水系统，真空泵系统提供用水。通过凉水换热后的回水进行降温重新利用。循环水工艺流程如图1所示。
循环水泵房配置4台完全相同的循环泵，根据生产需要添加或减少投入的水泵数量。设备详细参数如表1、表2所示。
图1 循环水工艺流程图
表1 现场设备参数 |
设备名称 | 规格型号 | 额定流量 | 电机功率 |
1#循环水泵 | 915-790 | 4000m3/h | 1120kW |
2#循环水泵 | 915-790 | 4000 m3/h | 1120kW |
3#循环水泵 | 915-790 | 4000 m3/h | 1120kW |
4#循环水泵 | 915-790 三通管接头 | 4000 m3/h | 1120kW |
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表2 1#循环水泵基本参数 |
电机参数 |
型号 | YKK630-6 | 额定电压（V） | 10000 |
额定电流(A) | 79 | 额定功率(kW) | 1120 |
额定频率（Hz） | 50 | 功率因数 | 0.85 |
额定转速(rpm) | 992 | 绝缘等级 | F级 |
水泵参数 |
型号 | 915-790 | 额定扬程（m） | 80 |
额定流量（m3/h）mum-147 | 4000 | 额定转速(rpm) | 980 |
额定功率(kW) | 1120 | 气蚀流量（m） | 7.5 |
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3循环水泵节能原理
根据水泵的压力-流量特性曲线按照工艺要求实现变速变流量控制，是节电的有效方法。
多媒体教学讲台按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
(1)
其中p为电机极对数，f为电机运行频率，s为滑差。
从式(1)看出，电机的同步转速正比于电机的运行频率()，由于滑差s一般情况下比较小（0～0.05），电机的实际转速约等于电机的同步转速。从所以调节了电机的供电频率，就能改变电机的实际转速，进而控制水泵流量的大小。
水泵功率与转速有下列三次方关系：
(2)
其中P为水泵消耗功率，KP为功率常数，n为电动机拖动水泵的转速。
由式(1)和式(2)，得式(3)：
(3)
根据式(3)可以计算出：当频率从50Hz降至45Hz时，可节约水泵能耗27%左右。
更直观的水泵工作曲线图如图2所示，泵的轴功率与流量和扬程有以下关系，P∝KQH，Q为流量，H为泵出口压力。由于循环水泵受管道阻力影响较小，在出口压力基本恒定的情况下，转速降低，流量降低，使泵的输出功率减小。这种情况下节能效益比恒压供水要显著得多。图2中阴影部分为节能功率。
图2 水泵节能原理
4 风光JD-BP38系列高压变频系统技术参数
2007年9月，风光牌JD-BP38系列高压变频器荣获“中国名牌”称号，山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器；不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。
JD-BP38-1120F高压变频器技术参数如表3所示。
表3 JD-BP38-1120F 高压变频器主要技术参数 |
变频器容量（kW） | 1120 | 模拟量输入 | 0～5V/4～20mA，任意设定 |
适配电机功率（kW） | 1120 | 模拟量输出 | 两路0～5V/4～20mA可选 |
额定输出电流（A） | 81 | 加减速时间 | 1～32000s |
输入频率（Hz） | 45～55 | 开关量输入输出 | 可按用户要求扩展 |
额定输入电压（V） | 10000V（－20%～+15%） mcu解密 | 运行环境温度 | 0～40℃ |
输入功率因数 | >0.95（>20%负载） | 贮存/运输温度 | -20～70℃ |
变频器效率 | 额定负载下>0.98 | 冷却方式 | 强迫风冷 |
输出频率范围（Hz） | 0～120 | 环境湿度 | <90%，无凝结 |
输出变频分辨率（Hz） | 0.01 | 安装海拔高度 | <1000m，高海拔降额使用 |
过载能力 | 105%连续，150%允许1min。 | 防护等级 | IP20 |
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5变频改造控制方案
变频调速系统操作方面，有远程控制和本地控制两种控制的方式，这两种控制方式可提高系统的安全性能。通过目前氧化铝厂已有的DCS对高压变频器运行状态进行监控，通过远控和本地对变频器进行控制，远控盒具有以下功能：开机、停机、急停、变频运行指示、变频停止指示、变频故障、频率指示及电流指示，并可在DCS上显示变频器的运行数据和当前状态，实时监控系统运行。
为了保证循环水泵系统的可靠性，变频器装置具有工频手动旁路装置，当变频器发生故障，停止运行时，在确认水泵及电机没有故障的情况下，电机可以手动切换到工频下运行，这样可以保证循环泵的供水要求，提高了整个系统的安全稳定性。
循环水泵变频系统具有如下特点：为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS继续运行，不会停机；在现场速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运行，维持机组的工况不变；变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少突然停机造成的损失，如果变频器出现3个以上的故障单元，当前水泵可转工
频运行，可保证生产不受影响。
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