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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(tuán)實(shí)施“走出去”戰(zhàn)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(xiàn)代化企業(yè)。集團(tuán)總公司山東信發(fā)集團(tuán)始建于1972年，現(xiàn)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(jī)組、160萬噸氧化鋁、16萬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(tǒng)配置4臺水泵，根據(jù)季節(jié)不同，氣溫差異開啟兩臺或三臺循環(huán)水泵，對氧化鋁有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行冷卻。由于水泵機(jī)組密封、機(jī)組效率、季節(jié)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(tǒng)開兩臺流量不夠，開三臺流量過大的情況，夏季運(yùn)行流量卻不足等現(xiàn)象，這就無法保證水泵機(jī)組的長期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)泵的功耗跟生產(chǎn)負(fù)荷隨機(jī)調(diào)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(fèi)、節(jié)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(yùn)行效率，在2011年廠技改項(xiàng)目中，信發(fā)鋁電公司氧化鋁廠領(lǐng)導(dǎo)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(diào)速改造。
2 改造設(shè)備現(xiàn)場參數(shù)
　　循環(huán)水泵主要負(fù)責(zé)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(tǒng)，真空泵系統(tǒng)提供用水。通過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(jù)生產(chǎn)需要添加或減少投入的水泵數(shù)量。設(shè)備詳細(xì)參數(shù)如表1、表2所示。
3循環(huán)水泵節(jié)能原理
　　根據(jù)水泵的壓力-流量特性曲線按照工藝要求實(shí)現(xiàn)變速變流量控制，是節(jié)電的有效方法。
　　按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：
　　（1）
　　其中p為電機(jī)極對數(shù)，f為電機(jī)運(yùn)行頻率，s為滑差。
　　從式（1）看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率（），由于滑差s一般情況下比較小（0～0.05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。從所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵流量的大小。
　　水泵功率與轉(zhuǎn)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(shù)，n為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速。
　　由式（1）和式（2），得式（3）：
　?。?）
　　根據(jù)式（3）可以計(jì)算出：當(dāng)頻率從50Hz降至45Hz時(shí)，可節(jié)約水泵能耗27%左右。
　　更直觀的水泵工作曲線圖如圖2所示，泵的軸功率與流量和揚(yáng)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(zhuǎn)速降低，流量降低，使泵的輸出功率減小。這種情況下節(jié)能效益比恒壓供水要顯著得多。圖2中陰影部分為節(jié)能功率。

4 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
　　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(biāo)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。
　　JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。

5變頻改造控制方案
　　變頻調(diào)速系統(tǒng)操作方面，有遠(yuǎn)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(tǒng)的安全性能。通過目前氧化鋁廠已有的DCS對高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過遠(yuǎn)控和本地對變頻器進(jìn)行控制，遠(yuǎn)控盒具有以下功能：開機(jī)、停機(jī)、急停、變頻運(yùn)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(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。
　　為了保證循環(huán)水泵系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置具有工頻手動(dòng)旁路裝置，當(dāng)變頻器發(fā)生故障，停止運(yùn)行時(shí)，在確認(rèn)水泵及電機(jī)沒有故障的情況下，電機(jī)可以手動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行，這樣可以保證循環(huán)泵的供水要求，提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
　　循環(huán)水泵變頻系統(tǒng)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有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)停機(jī)；在現(xiàn)場速度給定信號掉線時(shí)，變頻器提供報(bào)警的同時(shí)，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行，維持機(jī)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(xù)運(yùn)行，減少突然停機(jī)造成的損失，如果變頻器出現(xiàn)3個(gè)以上的故障單元，當(dāng)前水泵可轉(zhuǎn)工頻運(yùn)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(tǒng)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#水泵為例說明其控制思路，其一次系統(tǒng)接線圖路如圖3所示，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運(yùn)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(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，也可以通過切換拖動(dòng)2#給水泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。兩側(cè)給水泵電動(dòng)機(jī)均具備工頻旁路功能。

　　QF1和QF2分別為現(xiàn)場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關(guān)；
　　QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(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(jī)為一拖二控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開關(guān)，變頻器運(yùn)行時(shí)，要求QS11和QS21同時(shí)閉合。QS12閉合，QS22斷開，QS13斷開，1#水泵變頻運(yùn)行；QS12斷開，QS13閉合1#水泵工頻運(yùn)行；QS22閉合，QS12斷開，QS23斷開，2#水泵變頻運(yùn)行；QS22斷開，QS23閉合，2#水泵工頻運(yùn)行；其中，QS12與QS13、QS22實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實(shí)現(xiàn)電氣互鎖；將控制柜“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)打至“遠(yuǎn)控”位置，將相應(yīng)水泵斷路器“就地/遠(yuǎn)方”開關(guān)打至“遠(yuǎn)方”位置，可實(shí)現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)控操作。
7循環(huán)水泵電機(jī)變頻注意事項(xiàng)
　?。?）目前，1#、2#電機(jī)共用一臺變頻器，3#、4#電機(jī)共用一臺變頻器。
　?。?）每次起泵、倒泵前電話通知電氣值班人員電話、確認(rèn)哪臺電機(jī)使用哪臺變頻器。
　　（3）開機(jī)：每次變頻啟動(dòng)電機(jī)確認(rèn)給定最小頻率35Hz后方能啟動(dòng)，待電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到35Hz后手動(dòng)把電磁閥門打開，直到全開后，把電磁閥手動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)到自動(dòng)，再把水泵頻率開到生產(chǎn)所需的頻率。
　　（4）停機(jī)：先把電機(jī)運(yùn)行頻率降到35Hz以下，看電磁閥門是否關(guān)閉，確認(rèn)電磁閥門完全關(guān)閉后再點(diǎn)“停機(jī)”按鈕，把設(shè)備完全停下來。
8 現(xiàn)場設(shè)備改造測試節(jié)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(yùn)行正常。經(jīng)過廠節(jié)能服務(wù)中心測試，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)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(shè)備實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，改善了設(shè)備的運(yùn)行工況，極大地減輕了設(shè)備起動(dòng)時(shí)對供配電系統(tǒng)的沖擊。改造后的實(shí)際測量數(shù)據(jù)如表4所示。

　　為了對比改造前后的節(jié)能效果，在生產(chǎn)負(fù)荷基本相同的條件下，當(dāng)工頻運(yùn)行時(shí)，原系統(tǒng)為1#、2#、4#循環(huán)水泵投入運(yùn)行，經(jīng)統(tǒng)計(jì)三臺泵總的耗電量平均約為3300kW/h。當(dāng)變頻運(yùn)行時(shí)，此時(shí)設(shè)備1#、4#循環(huán)水泵為變頻運(yùn)行，2#循環(huán)水泵為工頻運(yùn)行（全開閥門），3#循環(huán)水泵作為備用。抄錄分解循環(huán)水耗電計(jì)量表數(shù)據(jù)如表5所示。

　　變頻耗電=692.6+1100.57+697.7=2490.87kW/h
　　節(jié)電量=原工頻耗電-變頻耗電=3300-2490.87=809.13kW/h
　　節(jié)電率=節(jié)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(jī)組水泵的運(yùn)行效率；現(xiàn)場噪音大大降低，有效改善現(xiàn)場的運(yùn)行環(huán)境，操作人員反映良好；便于實(shí)現(xiàn)廠循環(huán)水泵機(jī)組控制系統(tǒng)自動(dòng)化管理。
9結(jié)束語
　　經(jīng)過國內(nèi)變頻器廠家的不斷努力，國內(nèi)變頻器產(chǎn)品以其性能良好，性價(jià)比高，良好的本地化服務(wù)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并且綜合效益顯著，能短期內(nèi)為用戶收回投資。隨著國家對節(jié)能減排工作力度空前加大，變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊，已迎來歷史黃金發(fā)展時(shí)期。