变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

变频调速技术在发电厂给水泵上的应用（精选9篇）

篇1：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

鞍钢发电厂北区是鞍钢北部区域供汽、供热、供水单位，作为发电厂的关键设备,三台给水泵采取两工一备运行方式,为两台220t/h锅炉供水。给水泵电动机单机容量2300kW,额定电压6kV,额定电流260A。原三台给水泵电动机恒速运行,利用出口阀门开度大小来控制水流量和管网压力。这种节流运行方式使得部分能量用来克服“阀阻”,这样电动机从电网中摄取的电能有相当一部分浪费在节流阀上。造成了电动机的运行效率低,电能浪费大的现象。由电厂统计资料表明,给水泵耗电量占发电总量的2.5%,占生产厂用电率的30%,如此大的耗电量,直接影响了发电成本。为降低企业生产成本,降低耗电量,经过调研比较、反复论证后,决定对三台给水泵进行变频调速节能改造。随着电气传动领域中的变频调速技术的成熟,工艺参数的调节可以通过给水泵的调速运行来获得,从而节约了电能。我厂在以原有断路器、电动机为依托的情况下,选用了西门子的SIMOVERT -MV空气冷却中压变频器调速系统。

一、变频调速节能分析

变频调速装置具有高效、精确地调节交流电动机转速的功能,还可使流量、压力、等工艺参数的控制由低效的阀门节流控制跃变为高效的转速控制。

给水泵采用调速节能的理论根据是基于流量、压力、转速、转矩、功率之间的关系。

Q∝n;p∝T∝n2 ;P∝Tn∝n3

式中:Q——流量;p——压力;n——转速;T——转矩;P——轴功率。

图1为用不同的调节方式时,电动机的功率P与流量Q之间的关系曲线。

改造前,给水泵采用的是控制阀门开度的方法来改变流量等参数,也就是用人为增减阻力的方法来实现调节。根据生产状况对负荷进行调整时,流量通过阀门开度的控制与负荷的变化相适应。而电机的输出功率基本没有改变,系统从电网所耗能量也没有减少。尽管阀门调整达到了工况要求,也只是能量的有效应用比例减少了,而能量却大量的损失在阀门档板的阻力上。改造后,使用变频调速装置就可完全避免以上问题。

根据生产负荷的变化来调整(降低或提高)电机的转速,流量就不再用阀门来控制,阀门始终处于全开状态,避免了由于关小阀门引起的压力,也避免了总效率的下降,从而节省大量的能源。

二、变频调速系统及特点

(一)中压变频调速系统介绍

中压变频调速系统的主体结构“一”字布置。每台由开关柜2面、整流柜1面、功率逆变柜2面、滤波器柜1面和控制柜1面、变压器柜2面等组成。开关柜: 根据运行方式需要选用开关位置。变压器柜:输入变压器柜装有三绕组变压器,为各个功率单元提供交流输入电压;升压变压器柜装有两绕组变压器,将功率单元输出的交流电压提升到电机所需的电压等级。功率柜:装有模块化设计的多个功率单元联成的逆变主回路,向电机提供输出电压,功率单元使用光纤来接受和传递信息。控制柜:可以实现变频器的紧急停车,具有运行、停止、故障、等待指示;OP7面板用于变频器的本地操作,它具有操作控制和监控功能,电机电流、电机转速显示以及故障时变频器的故障代码显示及存储功能;主控部件SIMADYN-D全数字化闭环控制系统的ITSP信号处理器模块,控制逆变器和监控直流母线电压、输出电流、和输出电压并处理通过采集获得的数据。

给水系统要求系统具有较高的运行可靠性,为了充分保证系统的可靠性,考虑到变频调速系统退出运行后不影响生产,确保给水系统正常运行,结合实际运行状况,为变频器加装了工频旁路装置,当变频器发生故障时,变频器退出运行,可将电机直接手动切换到电源工频情况下运行,恢复到原有系统运行方式。

安装接线见图2:改造后给水泵运行方式仍采用两工一备运行方式。

由图2可见:6kV电压经高压断路器送至输入变压器,根据电网对谐波的要求,采用12脉波整流,经直流母线送至逆变器变频、变压。为了获得更接近于正弦波的输出电压,系统增加了正弦波滤波器,经滤波器输出的接近于正弦波的电压,由双绕组的升压变压器升压,供电给高压异步电动机。

变频器输入电源电压是2×3-ph.1.7kV交流电压;输出电压是3-ph.3.3kV交流电压;变频器效率是96.5%;变频器功率因数是0.96;控制方式采用的是矢量控制。

(二)变频调速系统的特点

1.采用12脉波整流变压器,以减少谐波对电网的污染，

整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形联结,构成相位差30°、大小相等的两组电压,加到两组高压二极管整流桥上。12脉波整流变压器作为输入变压器,采用三绕组是为了满足12脉波整流的要求,采用分裂式结构形式,变压器一次绕组和两组二次绕组的匝数比为1:1:,其联结方式为Dy11d0,这种结构可有效地消除了对电网污染最严重、危害最大的5次、7次谐波。此外由于采用高压二极管整流,其导通波形畸变率较低,二极管的换相是在对应线电压最小时才发生,所以di/dt非常小,使得高次谐波分量也减少了。二极管整流的电压源型变频器在采用12脉波结构后,谐波标准满足国际IEEE-519对应的5%的谐波电流失真的要求,其输入功率因数较高,因此不必采用功率因数补偿装置。

2.变频器采用三电平设计技术方案。变频器输出与二电平变频器相比较,由于输出电压的电平数增加,输出波形有很大改善,谐波失真在2%以下,并且每一个开关器件只承受直流母线电压的1/2电压,逆变器的输出电压的跳变小,即du/dt小,减少了对电动机绝缘的损害。

3.逆变器采用脉冲宽调制技术。依照电机所需转速提供频率控制.采用最新开关器件IGBT,可以提高PWM调制频率,输出波形更接近正弦波,大大地减轻对电动机的影响。

4.系统采用的是德国西门子公司的SIMOVERT–MV6SE8031-1BA柜装变频器。逆变器主要由IGBT逆变桥、触发单元、控制单元组成,直流滤波后送入逆变器,根据所输入的控制参数,由控制单元、触发单元等控制逆变器输出。

中压变频装置本身具有功能完善的各项保护,电源断路器控制回路引入中压变频装置的保护连锁,在变频装置不具备运行条件时电源断路器不能合闸,同时在中压变频装置故障跳闸后联跳电源断路器。

三、改造后的运行效果

节能运行后给水泵电机电流由原来的220～230A左右降至160～170A左右,产生25%左右的节电率。以为例:

(一)节能效果

改造前单台月耗电量约为1399178kWh,改造后单台月耗电量约为1081183kWh(月运行时间均为720小时),每月可节约电量317995kWh。

(二)经济效益

按电价0.4元/kWh计算,按全年电动机运行5个月计算。当年节省电费为:5×317995×0.4=63.56万元。

(三)其它效益分析

首先,电源侧功率因数提高。原电机直接由工频驱动时,功率因数为0.8～0.86。采用中压变频调速系统后,电源侧的功率因数可提高到0.96以上, 可减少大量无功,进一步节约了上游设备的运行费用。其次,给水泵采用变频调速后,使得电机、水泵的转速降低,管网的压力降低;辅助设备如轴承、阀门等磨损大大减轻;另外,采用中压变频调速后,电机实现了软启动,启动电流不超过电机额定电流的1.2倍,避免了全压启动对电网和电动机的冲击,从而减轻对供电系统的影响,降低了电动机和高压开关的故障率,延长了电动机和高压开关的使用寿命,因此也降低了设备运行与维护的费用。

四、结语

设备改造于11月完成,变频器一次试车成功,运行正常,保证了锅炉的正常供水。通过此次改造,改变了给水泵高电耗的节流运行方式,取得了明显的节能效果,并获得很好的经济效益,为节能改造积累了丰富的经验。中压变频调速系统的使用大大降低了用电率,为电力企业节能降耗做出了贡献。随着我国工业的快速发展,变频器的使用越来越广泛,这也为将来在节能改造中推广变频调速技术总结了经验。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社,.

[2]曾允许.变频调速技术基础教程[M].北京:机械工业出版社,.

[3]SIMOVERT.MV空气冷却中压变频器安装使用说明.

篇2：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

国电滦河发电厂位于河北省承德市，拥有二台100M W国产凝汽式汽轮发电机组。分别于1993、1997年投入运行。2005年3月，国电滦河发电厂对大批设备进行变频改造。采用北京HARSVERT- A06/130高压变频器，用于二台100M W机组的凝结水泵改造项目。目前，凝结水泵变频器运行稳定，节能效果明显。

1 凝结水泵的运行工况

在汽轮机内做完功的蒸汽在凝汽器冷却凝结之后，集中在热水井中，这时凝结水泵的作用是把凝结水及时地送往除氧器中。维持凝结水泵连续、稳定运行是保持电厂安全、经济生产的一个重要方面。

监视、调整凝汽器内的水位是凝结水泵运行中的一项主要工作。在正常运行状态下，凝汽器内的水位不能过高或过低。当机组负荷升高时，凝结水量增加，凝汽器内的水位相应上升。当机组负荷降低时，凝汽器内水位相应降低。

凝结泵电机为6KV/1000KW电机，设计有一定裕量。每台机组配备二台凝结泵，一台运行，一台备用。

没有使用变频器之前，凝汽器内的水位调整是通过改变凝结水泵出口阀门的开度进行的，调节线性度差，大量能量在阀门上损耗。同时由于频繁的对阀门进行操作，导致阀门的可靠性下降，影响机组的稳定运行。

使用高压变频器后，凝结水泵出口阀门全部打开，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量满足运行工况的要求。

2 HARSVERT-A06/130型高压变频器原理及特点

Harsvert-A系列高压变频器采用单元串联多电平PWM拓扑结构(简称CSML)。由若干个低压P W M变频功率单元串联的方式实现直接高压输出,高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠;精确的故障报警保护;具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。

采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IG BT功率模块，器件工作在低压状态，不易发生故障;6kv变频器共使用42对1200V低压I G BT，低压IG BT门极驱动功率较低，驱动电路非常简单，开关频率很低，不必采取均压电路和浪涌吸收电路，系统效率高，同时功率单元采用电容滤波的结构，总体技术成熟可靠。 变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6K V主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。另外6KV主电源欠压时可不停机，自动降额，电压正常后再恢复到原来速度。采用二极管不可控整流电路结构，变频器对浪涌电压的承受能力较强，雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器(变压器的阻抗一般为 8%左右)产生浪涌电流，经过功率单元的整流二极管，给滤波电容充电，滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量，另外变压器一次侧安装了压敏电阻浪涌吸收装置，起到进一步保护作用，

功率单元为多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，便于现场采取对应措施;即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路，大大提高了系统运行的可靠性。

电机可实现软启动、软制动，转速自动控制;启动电流小于电机的额定电流;电机启动时间可连续可调，减少了对电网影响。变频器预装具有自主版权的全中文操作和监控软件，本机及远程启停操作、功能设定、参数设定、故障查询、运行记录查询等均采用全中文的WINDOWS操作界面;配备12.1"彩色液晶触摸显示屏，可实现完整的通用变频器参数设定功能，可打印输出运行报表;调整触摸式面板，可随时显示电压及电流波形、频率和电机转速，可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态;具有很强的诊断、指示能力：可检测变频器各部分的运行状态，完整的故障监测电路、精确的故障定位，所有的功率模块均为智能化设计，当有故障发生时，将故障信息返回到主控单元中，主控单元会及时将主要功率元件I G BT关断，保护主电路，同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别，使故障点一目了然，适应于一般操作工人和维护人员的技能水平。

采用外部模拟信号控制变频器输出频率时(变频器作为DCS的执行机构)，如果发生模拟信号掉线或短路时，变频器可以提供报警信号，同时保持原有输出频率不变。变频器控制电源可接收交流220V和直流220V输入，并配备有UPS，在控制电源发生故障时可以继续运行，同时提供报警。

3 应注意的问题

凝结水母管压力不能过低，以防止空气由排水阀经凝结水再循环管进入凝汽器中，而破坏真空。在凝结水再循环管处，当除氧器侧的压力大于凝结水母管水压时，则除氧器内的汽、水要通过再循环管返回凝汽器，这将使凝结水母管发生水击。因此。变频运行时凝结泵出口阀门调整门开度不能为100%。

4 节能效果

为比较变速调节和传统的挡板调节凝结泵电耗情况，确定其节能效果，于2005年5月17日对#6机组的#1凝结泵变频装置作了电耗对比试验，机组在 100MW、75MW、50MW负荷下运行时，变频调节比传统的挡板调节分别节电470k W、611k W、631kW，节电幅度为47.4%、70.8%、78.4%。变频调节节能效果明显，具体数值见下表：试验数据表。

根据试验结果计算，#6机组凝结泵变频器全年节电量为4639MWh，按照每1MWh上网电量310元计算，全年可获经济效益143.8万元，一年半即可收回全部投资，经济效益十分显著。而且减少了对截门的冲刷，保持了系统恒定的水压。

5 总结

高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，应用了先进的电力电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动技术等综合性学科领域的最新成果，其技术和性能胜过以往其它任何一种调速方式。通过多年的不断努力，国产高压变频器的性能、可靠性已经有了很大提高，今后必将有更宽阔的舞台。

★ 谈变频器发展和应用的几个趋势

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篇3：变频技术在电厂循环水泵中的应用

关键词：循环水泵,变频调速,经济性

1 问题的提出

随着电力市场“网厂分离、竞价上网”的逐步实行,降低煤耗,节约厂用电成为各电厂挖潜增效的着力点。其中汽轮机的经济运行是火电厂节能技术改造的重点之一,循环水泵所提供的冷却水流量是影响汽轮机真空度的主要因素,因而通过合理的控制循环水泵,调节冷却水流量,使汽轮机经济运行对于各运行机组有着十分重要的意义。目前国内大多数电厂采用节流方式调节循环水流量,这种控制方式过于粗糙,造成能量的浪费,同时不能保证汽轮机运行在最有利真空。

2 循环水优化的原理

凝汽器压力是机组运行中的1个重要参数,我们不论在凝汽器的热力设计中还是在汽轮机冷端设备运行时,都要求凝汽器压力有1个最佳值。凝汽器压力减小,机组功率增加;凝汽器压力增加,机组功率下降。因此,在机组负荷和参数一定的条件下,凝汽器运行压力与机组功率、微增功率有着密切的关系,而机组运行背压是由机组负荷、冷却水温度和循环水流量决定的。在机组负荷和冷却水温一定的条件下,机组凝汽器压力随循环水流量的改变而改变,而循环水流量的变化直接影响到循环水泵的耗功。增大循环水泵的叶片角度能增加循环水泵的流量,机组背压减小,机组出力增加,但循环水泵的耗功也同时增加,当循环水流量增加太多时,因循环水泵的耗功增加而将机组出力的增加值抵消。因此,在一定的叶片角度下,如果汽轮机功率的增量与循环水量增加所引起的耗功量之差有极大值,那么,这时的凝汽器真空称为最有利,相应循环水量也为最佳值。

2.1 最佳真空度的确定[1]

蒸汽在凝汽器压力下的饱和温度tc用下式计算:

式中,tw1为循环水入口温度,℃;△t为循环水温升,℃;δt为凝汽器端差,℃。

由热平衡方程得到循环水在凝汽器内的温升为:

式中,Dc为凝汽器蒸汽负荷,单位:kg;(hc-h'c)为1 kg蒸汽在凝汽器中凝结放出的热量,单位:k J。当排汽压力变化不大时,(hc-h'c)值的变化范围很小,对于大型机组一般可以近似将其取为2 250 k J/kg;Cp为水的质量定压热容,取Cp=4.186 8 k J/(kg·K);qm为循环水质量流量,单位:k J/s。

凝汽器端差用式(3)计算:

式中,K为凝汽器总体传热系数;Ac为凝汽器的冷却面积,单位:m2。凝汽器总体传热系数K可用别尔曼公式计算。

凝汽器压力pc可根据tc由式(4)求得:

循环水泵电动机功率pb用式(5)计算:

式中,qv为体积流量,单位:m3/s;ρ为循环水密度,kg/m3;g为重力加速度,单位N/kg;η为泵的效率;ηtm为传动效率;ηg为原动机效率。

真空变化所对应的汽轮机功率变化△PT可由制造厂提供的汽轮机真空修正曲线(即汽轮机背压变化对其功率影响的修正曲线)查得。当蒸汽负荷与冷却水入口温度一定时,对不同的冷却水质量流量,计算汽轮机功率变化△P见式(6):

式中,△Pb为压力变化所对应的循环泵功率变化,当△P达到最大时的冷却水流量即为最佳流量,对应的真空值便是最佳真空;△PT真空变化所对应的汽轮机功率变化。

2.2 工频运行的缺点

目前大多数发电企业的水冷机组还是采用工频循环水泵,其出口门采用蝶阀,只有全开和全关两个位置,冷却水量的调节采用开循环台数进行控制,由于季节及昼夜温度的差异,时常出现1台循环水泵流量不足,开两台循环水泵流量过大的情况,由于这种调节方式,汽轮机凝器的真空不稳定,不能保证在经济运行的方式下运行,而且浪费了大量的电能,致使厂用电率高,供电煤耗高,发电成本高。因此,如何选择合适的运行方式对循环水泵进行节能成为当务之急。

3 变频水泵在电厂的应用

随着大功率开关元件的成本降低,变频调节在工业控制上得到了普遍应用,特别是对风机、水泵类电动设备,由于其所需功率是与转速的三次方成正比的,因此,采用变频调速取代阀门或挡板调节流量成为电厂节能的又1个新的方向。使用变频调节的方式,可以节约能源30%~60%。变频调速具有调速性能好、可靠性高、不断下降的成本、明显的节能效果以及易于实现过程自动化的特点,使其成为电厂节能改造的主要方法。在传统的自动控制系统中引入变频器调速,改变了原来的控制模式,使运行更加平稳、可靠,并能提高系统的控制精度。另外,高压变频器的改造技术简单,虽然初期投资较大,但回收投资周期较短,运行和维护费用较少,因此经济效益可观。

3.1 变频调速技术的主要原理

变频器主要由整流器、中间滤波环节、逆变器和控制电路几部分组成。供给电机的三相交流工频电经整流器变为直流,再经逆变器变为频率可调的三相交流电供给水泵的电机使用。控制回路的作用是控制可调频率的变化[3]。

由电机学知识可知,异步电动机的转速公式为n=60f(1-S)/p,因此,在极对数p一定且转差率S又变化很小的情况下,转速n基本上与电源频率f成正比,即改变电源频率就可以改变转速。虽然在上式中f、S、p三者均可调节转速,但改变电机的极数相当困难,会使电机的结构变复杂,特别是在已投产的电厂中,改变电机的转差率也会带来较大的转差损耗,使效率降低。惟有改变电源频率的方法,相对来说简单易行,且水泵从高速到低速调节时均可保持高效的性能。根据相似定律可得泵转速变化前后泵的扬程H、流量Q及轴功率N与转速n之间的关系为[4]:

式中,Q1,Q2为工况1和工况2下的流量,kg/s;n1,n2为工况1和工况2下的转速,rad/s;H1,H2为工况1和工况2下的扬程,m;N1,N2为工况1和工况2下的功率,W。

由上式知,功率与转速的三次方成正比,降低转速可以大幅度地降低功率。

3.2 变频水泵扬程流量特征曲线性能分析

图1为水泵变频特征曲线,在未采用变频措施时,当流量由Q0减到到Q1时,需减少管路上阀门的开度,使泵工作在A0'点,此时(H0'-H1)的水龙头将浪费,泵的轴功率为Q1*H0'。当采用变频水泵时,可降低转速变为n1,水泵工作点将变为A1,轴功率为Q1*H1。从图1中可看到,采用变频可减少轴功率Q1(H0'-H1)。

3.3 循环变频控制难点

在火电厂循环水系统分析中已经谈到,在采用变频调节时,需确定最佳的循环水量,采用的变倍率运行,是基于以季节为单位的气候条件下做出的,如果采用变频器对水量进行调节的,理论上可以使机组达到最佳运行方式,但在实施上会遇到控制上的问题[5]:

a)流量应依据什么信号来控制:一般来说,汽轮机背压是由凝器量、循环水量、循环水温等多因素决定的,采用何种数字模型来计算最佳流量还需要进一步研究;b)地区多年的月均气温分析得出,相应的冷却塔出水有温差,循环水量在有波动范围。如果日温差也在这个范围内,因此即使能构建数学模型,循环水量会随时变化,循环可能出现频繁启停,这对于系统的安全有较大影响;c)如果利用汽轮机背压做为主控制信号,控制上的滞后性也是一个棘手的问题,流量的变化反映到汽轮机背压上变化需要1个时间过程,如处理不好,滞后问题可能导致最后优化控制的失败;d)循环泵在投入和推出时,如何保证安全性和可靠性,也有一系列问题需要解决。

3.4 变频水泵的优点

a)提高了设备的使用寿命。电机的谐波损耗大大的减少,消除了由此引起的机械振动,减少了轴承和叶片的机械应力;b)提高了系统的可靠性。在变频器上加装工频旁路装置,变频器异常时,变频器停止工作,电机可以直接手动切换至工频下运行;c)减少了启、停时对系统的冲击。启、停时通过控制循环水泵的转速能够使水压平缓的变化;d)节约了能源。能够使循环水泵在经济的状况下运行,减少了不必要的浪费。

4 结语

在循环水系统采用变频调速技术,能够根据不同的机组负荷和循环水温度对循环水量连续调节,使机组维持在最佳真空状态下运行。另外对于改造项目,可以有不同的改造方案,每种方案都有各自的优点和不足之处。所以电厂在对循环水系统进行变频调速技术改造时,应根据自身的具体情况,对不同方案进行充分的技术经济性比较分析,从而确定最佳改造方案。

随着变频调速技术的不断发展,变频器单位功率价格的不断下降,变频调速技术在电厂循环水系统中的应用将具有更为广阔的前景。

参考文献

[1]杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理[M].北京:水利电力出版社,1993.

[2]齐复东,贾树本,马义伟.电站凝汽设备和冷却系统[M].北京:水利电力出版社,1990.

[3]吴民强.泵与风机节能技术问答[M].北京:中国电力出版社,1998.

[4]何忠.变频调速装置在电厂中的应用[J].福建能源开发与节约,2002,(1):32-34.

篇4：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

摘要：简述水泵变频调速节能原理，对某电厂工业水泵采用变频调速节能改造的措施和取得的节能效益进行分析，揭示了水泵采用变频调速装置进行节能改造具有很大的实践空间。

关键词：泵类负载工业水泵变频调速节能

0引言

在热电厂中，机组必须配备的水泵主要有锅炉给水泵、循环水泵和凝结水泵，其次还有射水泵、低压加热器疏水泵、热网水泵、冷却水泵、灰浆泵、轴封水泵、除盐水泵、清水泵、过滤器反洗泵、生活水泵、工业水泵、消防水泵和补给水泵等。这些水泵数量多，总装机容量大：50MW火电机组的主要配套水泵的总装机容量为6430KW，占机组容量的12.86％；100MW机组为10480kW／，占10.48％；200MW机组为15450KW，占7.73％。100MW机组主要配套水泵的总耗电量约占全部厂用电量的70％左右。由此可见，水泵确实是火力发电厂中耗电量最大的一类辅机。因此，提高水泵的运行效率，降低水泵的电耗对降低厂用电率具有举足轻重的意义。国外火电厂的风机和水泵已纷纷增设调速装置，而目前我国火电厂中除少量采用汽动给水泵，液力耦合器及雙速电机外，其他风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵，由于采用出口阀，风机则采用入口风门调节流量，都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时，由于风机和水泵的运行偏离高效点，使运行效率大大降低，结果是白白地浪费掉大量的电能，已经到了非改不可的地步。

1泵类负载的流量调节方法及原理

泵类负载通常以输送的液体流量为控制参数，为此目前常采用阀门控制和转速控制两种方式。

1.1阀门控制这种方法是借助改变出口阀门的开度大小来调节流基的，其实质是通过改变管道中流体阻力的大小来改变流量的。因为泵的转速不变，其扬程特性曲线H-Q保持不变，如图1所示

当阀门全开时，管阻特性曲线R1－Q与扬程特性曲线H－Q相交于点A，流量为Qa，泵出口压头为Ha。若关小阀门，管阻特性曲线变为R2－Q，它与扬程特性曲线H－Q的交点移到点B，此时流量为Qb，泵出口压头升高到Hb。则压头的升高量为△Hb=Hb-Ha。于是产生了阴线部分所示的能量损失：△Pb=AHb×Qb。

1.2转速控制借助改变泵的转速来调节流量，这是一种先进的控制方法。转速控制的实质是通过改变所输送液体的能量来改变流量。因为只是转速变化，阀门的开度不变，如图2所示，管阻特性曲线R1－Q也就维持不变。额定转速时的扬程特性曲线Ha－Q与管阻特性曲线相交于点A，流量为Qa，出口扬程为Ha。

当转速降低时，扬程特性曲线变为Hc－Q，它与管阻特性曲线R1－Q的交点将下移到C，流量变为Qc。此时，假设将流量Qc控制为阀门控制方式下的流量Qb，则泵的出口压头将降低到Hc。因此，与阀门控制方式相比压头降低了：△Hc=Hb-Hc。据此可节约能量为：△Pc=AHc×Qb。与阀门控制方式相比，其节约的能量为：P=△Pc-APb=fAHc-△Hb)×Qb。

将这两种方法相比较可见，在流量相同的情况下，转速控制避免了阀门控制下因压头的升高和管阻增大所带来的能量损失。在流量减小时，转速控制使压头反而大幅度降低，所以它只需要一个比阀门控制小得多的，得以充分利用的功率。而且随着转速的降低，泵的高效率区段将向左方移动。这说明，转速控制方式在低速小流量时，仍可使泵机高效率运行。

2国内某热电厂工业水泵运行状况及变频改造措施

国内某热电厂有3台工业水泵，3台水泵并列在工业水母管上，生产过程中为全厂提供生产工艺制水水源、全厂辅机轴承冷却水、发电机组空冷器、冷油器用水、锅炉淋渣水、全厂生活用水等等。随着用水成本的逐步上升，该厂将全厂辅机轴承冷却水、锅炉淋渣水、甚至是发电机组空冷器、冷油器用水(在室外气温较低时)都改成了由机组循环冷却水来代替，全厂的用水量大大降低，在机组负荷较低时开一台工业水泵也会造成工业水母

管超压，该厂化学分场的运行人员不得不采取水泵出口阀节流的方式运行，但由于工业水泵离运行人员工作场所很远，工业水母管压力变化较频繁时，运行人员就会就近开启化学车间的工业水泄压阀来调整工业水母管压力，这样的调整方式不仅使运行人员劳动强度大，而且浪费了大量的水资源和电能。

在随后的技改工程中，采用变频器配合压力变送器实现恒压供水的改造方案彻底解决了工业水压力调整的问题，具体改造方案如图3

原水泵电机功率185KW，采用自耦变压器降压启动来降低电机启动电流。工业水母管压力用出口阀、或化学车间的工业水泄压阀来调整。改造后为潜水泵电动机配备了变频装置，合理设置电机启动时间和电机加减速时间就可有效的实现电机的软启动，降低启动电流。在工业水母管上装设压力变送器，将工业水母管的压力转化为4-20mA的信号送入变频器，变频器将这个信号与设置的压力给定值比较后自动调整变频器的输出转速，从而实现恒压供水的自动闭环控制。

改造后最明显的是运行人员的劳动强度大大降低，再也不用频繁调整水泵出口阀和泄压阀了，而且变频泵和工频泵并联运行也非常平稳。再一个现象是水泵运行电流比前一日下降了几十安培。为了详细核算水泵变频改造后的节电效益和节水效益，该厂化学车间的运行人员做了半年的统计工作，用这半年的统计数据与前一年改造前的运行数据比较后发现该水泵变频改造后平均运行电流下降了约50安培，一年大约可以节电40万千瓦时，节电率可达28％，创造节能收益10万元，除此之外每年还可节约20万吨水，这两项收益使得改造投入的10万元不到

一年就可收回，节能效益非常可观。

3总结

篇5：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

在传统的水泵控制方式中，靠调节出口或人口闸阀方式来进行，人为增加管网阻力达到变化流量和压力的目的，因此，在控制过程中，流程阻力损失相应增加，而此时水泵的特性曲线不变，叶片转速不变，电机输入功率并无减少，而是白白地损失在调节过程中。经测算，当水泵的流量由100%降到50%时，若分

别采用调节出口和入口阀门的方式，则电机的输入功率分别为额定功率的84%和60%，而水泵的轴功率仅为12.5%，即损失功率分别为 71.5%和47.5%。这说明不采用先进的控制措施，即使水泵的设计效率为100%，其实际的运行效率可能只有百分之十几或更低。

传统的控制方式，造成水泵长期处于高速、满负荷状态下运行，因此维护工作量大，设备寿命低，并且运行现场噪声大，影响环境。

2变频调速技术的原理

变频调速技术(vaiahle vaiahle firequency technology)是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。

变频调速的基本原理是根据交流电动机工作原理中的转速关系，即均匀改变电动机定子绕组的电源频事，就可以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机输入功率也随之减少。这就是水泵变频调速的节能作用。

众所周知，水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即P=Kn3。其中P为水泵消耗功率;n为水泵运行时的转速;K为比例系数。变频调速和智能控制技术，可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。用阀门控制水泵流量时，部分有功功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。如果采用降低电机转速的方式进行控制，就避免了消耗在阀门的有功功率。这样，在转运同样流量的情况下，仅需要输入较低的功率，获得节能效果。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗。

3变频调速技术用于消防给水系统的控制方式

3.l继电接触器控制方式

这是最简单的一类控制方式。根据工艺或外界条件的变化，依靠传统的模拟电子技术，采用继电接触器来控制水泵电动机运转，达到调速目的。

3.2逻辑电子电路控制方式

这类控制电路往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。控制方式较为先进，但难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦，且工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱，但系统成本较低。系统工作原理为：当消防管网压力降至某一规定值(低限值)时，由压力传感器发出信号自动开启稳压泵对管网补水加压，当压力升至另一规定值(高限值)时自动停泵。根据需要系统可设置消防中心联动接口，当消防中心发出火警信号或按动消火栓按钮，电控柜自动开启消防主泵进行灭火。

3.3单片机电路控制方式

这类控制电路优于逻辑电子电路，但在不同管网、不同供水情况时调试较麻烦。因系统程序预先固化于芯片中，需要追加功能时，就要对电路进行修改，重新刷新设置程序，不灵活也不方便，控制电路的可靠性和抗干扰能力也不高。

图l所示为笔者参与研制的ZBW系列微机控制全自动恒压供水系统的电路控制原理图与系统图。系统通过高性能单片机控制变频调速器拖动多台水泵，逐台变频调速启动，实现全自动恒压供水。变频稳压泵由具有恒压供水控制功能的变频器控制运行。平时无火警时，由变频稳压泵向消防管网充水稳压，使系统随时能够满足消防给水要求。当管网充水稳压到设定恒压，稳压泵流量趋近于零并维持一段时间(时间通过程序可控制)后，变频稳压泵自动停泵，进入等待状态，由贮能罐维持稳压。当管网压力下降至某一设定的压力值时，变频稳压泵自动启动恢复恒压稳压。当系统接收到火灾信号后，由单片机控制主消防泵(可以根据需要为一台或数台)依次工频启动，以提供额定的消防流量和压力。在主消防泵已投入运行的情况下，如管网压力不足，由单片机控制备用消防泵自动投入，以满足消防用水流量要求。通过与消防控制中心联网，可按设计程序进行自动或手动巡检，从而实现消防联动控制功能。

自来水管网压力一般是周期性变化的，其压力变化可以用时间t为变量的函数Pa)来表示。若用户需要水压为Pj，各个时间段需要补充的压力不同，其函数式为Py-P(t)o，也以时间t为变量的函数。

当P(I)Py时，系统不需补压，处于停泵状态。但当Pm很小时，为避免因负压引起管网破坏，此时也不能进行补压。当P(t)很大时，系统也因超高压停泵。根据如上原理要求，研发设计了本设备。在设备的能量调节仪上设置4个压力值，分别为Pm、Pn、Py、Px(数值可根据用户和管网情况设定)，

Pm 为超低压停泵压力点;Pn为有压启泵压力点;Py为用户所需要压力点;PI为超压停泵压力点。

设备处于运行状态时，能量调节仪自动监测自来水管网压力变化，并控制设备在不同的状态下运行。当自来水管网压力P(t)达到Pn时(P1点)，设备自动开机，水泵在变频状态下运行，压力被补充;随着管网压力的变化，当P(t)升至Py时(P2点)，设备自动停机，由管网直接向用户供水;当管网压力波峰过后，压力降至一时(P3点)，设备又自动开机补压;当管网压力继续向波谷下降至Pm时(P4点)，设备自动停机，以避免破坏管网和污染水质。

系统中，水泵起到对自来水补压的作用，以满足用户对供水压力的需求。贮能罐能接收并贮存自来水管网的能量，还能起到在启泵时减轻对管网影响的作用。压力传感器用于接收用户管网压力信息，控制水泵转速。能量调节仪接收自来水管网的压力信息，调节控制水泵充分利用管网能量，避免对管网的破坏和影响。控制柜用于接收压力传感器的信息并经处理后控制水泵的启动、停止和转速。其中，能量调节仪是设备的核心部件，它本身自带3个可随意设定的压力值，与自来水管网的压力值相交时便产生了4个压力点。能量调节仪将时刻监测管网的压力情况。每监测到一个压力点都做出相应的判断，并将判断结果传输给微机变频控制系统，达到自动补压的目的。设备的启动方式为软启动，对电网及管网的冲击很小。由于该设备不设储水池而是直接并联于管网进行补压，减少了污染。降低了能耗。

3.4带比供积分微分IPlDl控锚器和/或可缩程序逻辑(PLC)控制器的控制方式

该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使输出水压连续变化。其中，传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号，也可以将压力设定信号和压力反馈信号送人PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。在水泵控制系统中使用变频调速技术，调速器的控制可以自动，也可以手动。变频器的加速和减速可根据要求自动谓节，控制精度高。

3.5变频器内部集成控制方式

此种控制方式将PID、PLC的功能都以集成方式综合到变频器内，形成了面向控制和应用的新型变频器。由于PID运算预先固化在变频器内部，省去对PLC的设计和对PID的编程，而且PID参数的在线调试非常容易。内置PID调节器采用了优化算法，所以水压调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，能够降低设备成本，并节省安装调试时间。

此外，针对传统的变频调速供水设备的不足之处，有些产品设计采用了 变频调速和智能控制技术，因此多电平直接高压变频器、模糊控制器等器件得到了应甩。如利用多电平直接高压变频器，可以实现高质量的功率输入和输出、高功率因数和不间断运行。采用模糊控制器会最大限度地适应被控对象的复杂性，达到控制精度高、响应快、控制规律简单的目的。

变频调速技术用于消防给水系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足消防用水要求。与传统消防给水方式相比，不论是设备的投资、运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。

变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说 变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。

4.变频调速技术应用于消防给水系统

(1)有消防信号外部输人接口。当有火警或火灾信号到来时，系统能自动切换到火灾状态;

(2)设计有系统自动巡检功能，定时巡检周期可根据需要设定;

(3)便于灵活配置常规泵、消防泵及其他功能泵，便于实现供水泵房全面自动化;

(4)工作泵与备用泵不固定，可自动定时轮换，有效地防止因为备用泵长期不用时发生的锈死现象;

(5)故障自动电话拨号功能。当供水系统或变频器发生故障时，通过内置串行通讯接口，与外接MODEM设备进行信号连接，自动启动预先设定的电话号码和信息，及时通知设备维护人员进行相应处理，可以方便地实现泵房无人值守运行;

篇6：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

摘要：根据山东十里泉电厂供水泵应用高压变频调速装置的实效，说明国产高压变频调速装置的技术已日趋成熟，大力推广应用它所带来的经济效益和社会效益是十分可观的。

关键词：高压变频调速；水泵流量调节；节能

引言

山东十里泉电厂是一个具有5台125MW，2台300MW及一台140MW机组的中型电厂。

十里泉发电厂目前由30km外的水源地供水，水源地共装有5台水泵，均由560kW/6kV高压电动机拖动，多数情况下启动1～2台泵就可满足发电要求，采用手动节流调节方法控制水流量。如果节流阀开度不大、并且水流量足够，则停一台水泵；如果节流阀全开仍不满足水流量要求，则再开启一台水泵，由于管道长达30km，且节流阀始终处于调节状态，如选择一台水泵进行变频调速改造，节流阀全开，实现恒水压控制，不但具有良好的节能效果，泵站的`控制特性也大为改善。

1 高压变频调速装置选型依据

对于6kV等级，目前主要有3种方式的高压变频装置：单元串联多电平型、三电平型和电流源型。由于单元串联多电平方式容易实现冗余运行，在单元故障时能进行旁路而不影响电动机连续运行，并且具有谐波小、dv／dt低、技术成熟等显著优点，因此，决定采用这种方式的高压变频器。

在对国内外各厂家的单元串联多电平高压变频装置，进行性能价格比较和运行可靠性评估后，选用了上海发电设备成套设计研究所和上海科达机电控制有限公司生产的MAXF700－6000/750型高压变频调速装置，该类型产品具有如下6个特点：

1）功率单元冗余运行、故障时自动快速旁路，确保电机正常运行；

2）可在线更换功率单元，不须停机；

3）采用无极性电力电容代替电解电容，提高了装置寿命和整体可靠性，内不须更换电容；

4）采用特制散热器，使功率单元温升低，装置体积减小（宽3800，深1200，高2200）；

5）输出dv/dt低（在500V以下），电动机绝缘不受损害；

6）电网自动重合闸后继续运行。

2变频运行的其它优点

该泵站经高压变频改造后，除了节能外，水流量控制特性以及电动机和泵的运行特性明显改善，主要有以下6项优点。

1）实现恒母管水压控制操作人员只须改变母管压力设定值，不再调整节流阀，运行自动化程度大为提高，运行和维护工作量降低。

2）管道压力降低原来节流调节时，流量变小时，管道压力反而升高，容易爆管，不利于管道安全运行，而采用变频调节后，流量变小时，管道压力亦变低。

3）电动机软启动避免水泵频繁启停经测量，变频运行时起动电流<5a，而工频直接起动电流>300A，因此，变频运行完全消除了因直接启动造成的对电动机和电网的冲击，降低了电动机故障率（电厂电动机因直接启动造成故障已屡见不鲜）。

4）功率因素提高从电网侧看，工频运行时功率因数为0.85左右，变频运行时功率因数达到0.95，因此，即使同样是满负荷运行，变频运行时，高压输入电流明显比工频运行时小，这也有利于节能和设备安全运行。

5）电机和泵运行寿命延长设备转速降低后，运行噪声降低，磨损减少，设备寿命延长。

6）控制响应速度增快改变水压设定值后，装置迅速改变运行转速，使母管水压迅速跟踪设定值。

3 现场实际操作

交流会上来自山东黄台，德州，石横，白杨河，里彦，聊城，凯赛，皱县，莱城，临沂，威海，危房，滕州，辛店，章丘，青岛等17个电厂及上海宝钢电厂等50余名代表，在现场进行了实地操作，并重点观察了以下4项试验。

>1）单元切换和自动平衡试验在额定负荷时，切换1～15中任意功率单元，电动机始终保持连续运行，且单元投切后三相电压电流保持平衡。

2）自动手动切换试验在自动恒水压控制和手动恒频率控制之间切换，装置运行频率和水压波动不超过规定值。

3）自动运行时阶跃响应试验由于变频泵在运行时，要承受工频泵的开停冲击，这相当于约20％的阶跃信号，因此，试验时，在自动运行状态下对设定值施加20％阶跃变化，超调量和振荡次数不超过规定值。

4）变频泵运行时，工频泵投切试验系统自动运行时，当升高设定值到装置给出“压力过低”报警信号时，投入一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到设定值，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。当降低设定值到装置给出“压力过高”报警信号时，切除一台工频泵，此时变频泵自动降低转速并将母管压力调节到位，超调量和振荡次数不超过规定值，报警信号自动消失。

4 节能效果

高压变频调速装置投入运行后，节流阀全开，采用远方自动恒水压控制方式，平时操作值班人员只须改变压力设定值（在操作室用按钮进行升降设定），多数情况下，变频器运行在40Hz左右，功率270kW左右，高压输入电流不到30A，而50Hz定速运行时功率约530kW，高压输入电流60A左右。

运行平均负荷按0．95×560kW计算，每年运行300天，即7200h，节电1340MWh。按上网电价计算，两年不到便可收回投资，如按电的售价算，因为该装置投资不到73万元，则一年就可以收回全部投资。

5 结语

篇7：水泵变频调速应用的注意事项

1 变频调速与水泵节能

水泵节能离不开工况点的合理调节。其调节方式不外乎以下两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节;水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮切削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多[1]。因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。但同时应该引起注意的是，影响变频调速节能效果的因素很多，如果盲目选用，很可能事与愿违。

2 影响变频调速范围的因素

水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低于额定转速50%，最好处于75%～100%，并应结合实际经计算确定。

2.1 水泵工艺特点对调速范围的影响

理论上，水泵调速高效区为通过工频高效区左右端点的两条相似工况抛物线的中间区域OA1A2。实际上，当水泵转速过小时，泵的效率将急剧下降，受此影响，水泵调速高效区萎缩为PA1A2[2](显然，若运行工况点已超出该区域，则不宜采用调速来节能了。)图中H0B为管路特性曲线，则CB段成为调速运行的高效区间。为简化计算，认为C点位于曲线OA1上，因此，C点和A1点的效率在理论上是相等的。C点就成为最小转速时水泵性能曲线高效区的左端点。

此，最小转速可这样求得：

由于C点和A1点工况相似，根据比例律有：

(QC/Q1)2=HC/H1

C点在曲线H=H0 S・Q2上有：

HC=H0 S・QC2

其中，HC、QC为未知数，解方程得：

HC=H1×H0/(H1-S・Q12)

QC=Q1×[H0/(H1-S・Q12)]1/2

根据比例律有：

nmin=n0×[H0/(H1-S・Q12)]1/2

2.2 定速泵对调速范围的影响

实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响[2]。主要分以下两种情况：

2.2.1 同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。

2.2.2 不同型号水泵一调一定并列运行时，若能达到调速泵在额定转速时高效段右端点扬程与定速泵高效段左端点扬程相等。则可实现最大范围的调速运行。但此时调速泵与定速泵绝对不允许互换后并列运行。

2.3 电机效率对调速范围的影响

在工况相似的情况下，一般有N∝n3，因此随着转速的下降，轴功率会急剧下降，但若电机输出功率过度偏移额定功率或者工作频率过度偏移工频，都会使电机效率下降过快，最终都影响到整个水泵机组的效率。而且自冷电机连续低速运转时，也会因风量不足影响散热，威胁电机安全运行。

3 管路特性曲线对调速节能效果的影响

虽然改变水泵性能曲线是水泵节能的主要方式，但是在不同的管路特性曲线中，调速节能效果的差别却是十分明显的。为了直观起见，这里采用图2说明。在设计工况相同的3个供水系统里(即最大设计工况点均为A点，均需把流量调为QB)，水泵型号相同，但管路特性曲线却不相同，分别为：

①H=H1 S1・Q2(H0=H1)

②H=H2 S2・Q2(H0=H2，H1>H2)

③H=S3・Q2(H0=H3=0)

很显然，若采用关阀调节，则3个系统满足流量QB的工况点均为B点，对应的轴功率为NB;若采用调速运行，则3个系统满足流量QB的工况点分别为 C，D，E点，其对应的运行转速分别为n1，n2，n3，相应的轴功率分别为NC，ND，NE，

由于N∝Q・H，所以各点轴功率满足 NB>NC>ND>NE。

可见，在管路特性曲线为H=H0+S・Q2的系统中采用调速节能时，H0越小，节能效果越好。反之，当H0大到一定程度时，受电机效率下降和调速系统本身效率的影响，采用变频调速可能不节能甚至反而增加能源浪费。

4 两种调速供水方式节能效果比较

在供水系统中，变频调速一般采用以下2种供水方式：变频恒压变流量供水和变频变压变流量供水。其中，前者应用得更广泛，而后者技术上更为合理，虽然实施难度更大，但代表着水泵变频调速节能技术的发展方向。

4.1 变频恒压(变流量)供水

所谓恒压供水方式，就是针对离心泵“流量大时扬程低，流量小时扬程高”的特性，通过自控变频系统，无论流量如何变化，都使水泵运行扬程保持不变，即等于设计扬程。若采用关阀调节，当流量由Q2→Q1时，则工况点由A1变为A2，浪费扬程△H=H1- H3=△H1+△H2。若采用变频恒压供水，则自动将转速调至n1，工况点处于B1点(参见图3)。由于变频调速是无级变速，可以实现流量的连续调节，所以，恒压供水工况点始终处于直线H=H2上，在控制方式上，只需在水泵出口设定一个压力控制值，比较简单易行。显然，恒压供水节约了△H1，而没有考虑 △H2。因此，它不是最经济的供水调节方式，尤其在管路阻力大，管路特性曲线陡曲的情况下，△H2所占的比重更大，其局限性就显而易见。

4.2 变频变压(交流量)供水

变压供水方式控制原理和恒压供水相同，只是压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管路特性曲线移动(参见图3)。当流量由Q2→Q1时，自动将转速调至n2，工况点处于B2点。此时水泵轴功率n2小于恒压供水水泵轴功率N1。变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。

但变压供水本质上也是一种恒压，不过将水泵出口压力恒定变成了控制点压力恒定，它一般有2种形式：

4.2.1 由流量Q确定水泵扬程

流量计将测得的水泵流量Q反馈给控制器，控制器根据H=H0+S・Q2确定水泵扬程H，通过调速使H沿设计管路特性曲线移动。

但在生产实践中情况比较复杂。对于单条管路输水系统，是可以得到与之对应的一条管路特性曲线的。而在市政供水管网中，则很难得到一条确定的管路特性曲线。在实践中，只能根据管网实际运行情况，通过尽时能接近实际的假设，计算出近似的管路特性曲线。

4.2.2 由最不利点压力Hm确定水泵扬程

即需在管网最不利点设置压力远传设备，并向控制室传回信号，控制器据此使水泵按满足最不利点压力所需要的扬程运行、由于管网最不利点往往距离泵站较远，远传信号显得不太方便，而且，在市政供水系统中，由于管网的调整，用水状况的变化等随机因素的影响，都会使实际最不利点和设计最不利点发生一些偏差，给变压供水的实施带来困难。

5 结论

①变频调速是一种应用广泛的水泵节能技术，但却具有较为严格的适用条件，不可能简单地应用于任何供水系统，具体采取何种节能措施，应结合实际情况区别对待

②变频调速适用于流量不稳定，变化频繁且幅度较大，经常流量明显偏小以及管路损失占总扬程比例较大的供水系统。

③变频调速个适用于流量较稳定，工况点单一以及静扬程占总扬程比例较大的供水系统。

④变频变压供水优于变频恒压供水。

参考文献：

[1]王锡仲，蒋志坚，高景峰.变频优化调压节能供水装置的研制[J].给水排水，，24(10)：64～67.

篇8：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

自从变频调速技术出现以后, 以其出色的技术表现迅速在各个行业得到了广泛的应用。变频调速恒压供水系统有节能、高效、安全、稳定等许多特点。由于它的出现, 在上世纪90年代, 使我国的供水部门的设备技术水平有了一个质的提升。恒压供水变频调速系统能够将水泵类等电机实现无级调速, 根据用户用水量的变化相应自动调整该系统的各项参数指标, 实时维持水压恒定用来满足用户的用水需求, 是目前行业内最节能的和自动化程度最高的供水系统, 在实践中其应用前景十分广阔。

二变频恒压控制技术原理

鼠笼式异步电动机, 由于其结构简单、使用和维护方便、运行可靠、价格低廉, 被大量地应用于各个领域的驱动系统中, 但过去很难构成实用的调速系统, 而且调速性能较差。随着电力电子器件制造技术、电路技术以及交流电机控制理论的发展, 交流电机调速技术得到了飞速发展, 异步电动机低压变频调速系统已经非常普及, 而且目前中高压变频系统也已日趋成熟, 可以长期稳定地投入运行, 满足企业对设备运行可靠性要求。同时, 其调速范围大、效率高, 可以实现软启动, 从而减少对设备和电网的冲击, 故障时可切换运行, 影响不到电动机的继续运转。

交流电机变频调速技术基本原理:

依据电磁感应基本原理, 交流电机的转速满足以下公式:

式中n0———电机同步转速

n———电机异步转速

P———电机的定子级对数

f———电源频率

S———电机的转差率

依据上述公式, 电机的转速跟着频率f或电机的极对数P或转差率S变化。因为电机的极对数P只能实现有级调节并且其调整量有限, 调速范围非常受局限, 因此其实际应用也受到相应限制。同样, 使用过大的转差率S实现电机调速也是十分不经济的, 它对电机的效率及功率因数的影响比较明显, 所以其应用范围也特别有限。变频调速技术是通过改变电机的输入频率改变其空间旋转磁场的角速度, 实现对电机转速的无级调节, 电机的转速跟着电源的频率改变而变化, 电源频率f提升, 电动机的同步转速随之提升, 反之则下降。变频调速技术在不影响电机各项性能参数的基础上实现了电机转速无级调节、恒功率调速或恒转矩调速等变频调速方式。

因为水泵类设备在设计初期留有较多的余量, 并且此类设备都有“负载转矩与转速的平方成正比例”的特点。因此, 变频调速技术在此类设备应用可以节约大量电能。设备的运行曲线见图1。

水泵等类设备运行中遵守以下公式:

(1) 流量与转速成正比例:

式中Q———水泵的流量

n———电机的转速

K———二者的比例系数

(2) 流体的压力与转速的平方成正比例:

式中H———水泵流体压力

n———电机的转速

Cl———比例系数

(3) 泵类的轴功率与电机转速的三次方成正比例:

式中P———水泵轴功率

n———电机的转速

D———比例系数

当水泵的实际流量较少时, 通过相应降低电机的转速, 泵类的轴功率将按照三次方规律大大减少, 电机的输入功率也大大降低, 从而显著节省电耗。依据水泵设备流量的“转矩平方特性”调整与相应电机功率的关系, 参照图1可得出恒速水泵类设备调节档板时的轴功率为:

式中P1———Qn等于1时的轴功率

Qn———流量标么值

Hn———压力标么值

变频调速设备的轴功率为:

因为变频调速设备的压力与流量平方成正比例, 所以

考虑设备的效率后:

式中η———拖动设备的效率

η1———变频系统的效率

两种调速方式的系统输入功率曲线见图2。可以得出, 使用变频技术调速以后, 随着水泵流量的降低, 电机输入功率的减小将按曲线b快速减少, 与使用档板调整的输入功率差值为Pa-Pb。

三本厂选用的变频恒压控制技术

该套系统选用丹麦丹佛斯交流变频调速系统, 其装置包括:主体和控制两部分, 采用PID可编程控制技术、变频调速技术及压力控制技术, 将管道压与设定压相比较, 通过PID运算, 控制变频器的输出频率, 从而调整水泵的转速。当水压降低时, 使水泵转速增加。当水压增加时, 使水泵转速降低, 从而形成闭环自动控制。

设备包括:交流变频调速装置1套, 变频器1台等附件。均为箱式结构, 体积小, 安装调试简单, 周期短。可直接安装在低压盘上, 无需另建机房, 不会对生产造成影响。投资总费用为15万元 (含施工费) 。

日节约电量1263.66 k W·h×300天×0.4元/k W·h=年节约资金15.16万元 (其中, 0.4元/k W·h为发电平均价格, 一年按运行300天计) 。

四结论

篇9：变频调速技术在发电厂给水泵上的应用

关键词：变频调速技术；水泵控制系统；原理；特点；应用

水泵调频是运用调节电机输入电源效率的理论进行调节水泵流量的自动化控制技术，与以前的阀门控制比较，具有自动功能、减少浪费、减少工作量、降低噪音等优点。本文主要介绍了变频调速技术在水泵控制中的原理、特点以及应用效益等进行了详细的阐述。

一.变频调速的技术原理及其特点

（一）变频调速的技术原理

我们一般使用的水泵电机为三相异步电机，其转速原理为：n=60fp（1-s），式中n为三相电机的转速，f为电机电源频率，p为电机磁极对数，s为转差率。经过上面的原理可以明白磁极对数、转差率、电源频率这三大因素都关乎到三相电机的转速。经过实践工作得知，如果经过改变电机磁极对对数进行调整，调整的幅度不能太大，从而导致了不能进行有效的无极调速；如果采取电机转差率实行调速，能够道道增加调速的范围，然而在低速的情形下，转差率较高，电机的效率就会很低；如果开展调解电源频率实行调速，不管是高频到低频，还是低频到高频都能实现一定的转差率，电机效率达到比较高的程度，另外也会根据电机电源频率的变化，其调速范围不断扩大，并且准确度极高。在实际工作过程图中，我们一般都采取交流调频技术来调节电机转动速度。

电机变频调速一般可以分为两种情形，一种是交流转直流，然后直流转交流实行调速，第二种就是交流直接转交流调速，实际生产过程中前者的使用率较高。该电路主要包括回路整流器、电路滤波器、逆变器。

回路整流器，此种整流器是一种桥式电路，其主要功能是把交流电转换为直流电，从而来供电流逆变器运用。电流滤波器，此种电路为

LC 滤波，只要交流电转变为直流电后，直流中就会产生一定的交流电，经过改电路可以完全的过滤掉电路中的交流电信号，从而经过回路整流器转变后的交流电更加稳定。电流逆变器，它的主要功能是把直流电转化为交流电，其电路也是桥式电路，经过该电路可以创造交流电频率的输出条件，从而实现调解电机频率的目标，有效控制电机转速。

（二）变频调速的技术特点

1.调速稳定，效率高。电流速度低时，特性静关率较高。

2.调速范围较广，准确。

3.起动电流低，对系统及电网冲击力小，节约电力

4.变频器体积小，便于安装、调试

5.全过程自动化

6.配备专门的变频电源， 但是当前价格高

7.当恒转矩调速时，低速段的电动机的承载能力降低速度快

二.变频调速技术在水泵控制系统应用中的影响因素及其设计

（一）变频调速技术在水泵控制系统应用中的影响因素

1.水泵工艺特点对调速范围的影响

根据理论知识得知，水泵调速高效区主要是经过高效区左右两边顶点的两条类似于抛物线的中间领域。实际运行过程中，一旦水泵转速较低时，泵的效率将迅速下滑，由此导致水泵调速高效区缩小（如果运行工况点超过了该领域，则不能采取调速来实现节能的目的。）

2.定速泵对调速范围的影响

在工业运行过程中，供水系统一般都是由很多数量的水泵联合供水，因为投入资金较多，对所有的水泵实行调速的可能性极少，以此大多数都偏向于采取调速泵、定速泵混合供水。在此系统运行过程中，需要注重保证调速与定速泵位于高效段运行，并进一步优化系统。只有在这样的情形下，定速定速泵就对与之并列运行的调速泵的调速范围才会发挥最大的影响作用：

（1）同型号水泵一调一定并列运行时，即使调度便捷，但是由于不能满足调速泵与定速泵的高效工作段，所以，在这中情形下调速运行的范围大大减少。

（2）不同型号水泵一调一定并列运行时，如果能实现调速泵在一定转速时高效段右顶点扬程与定速泵高效段左顶点扬程相等，就会达到调度运行的最大范围。然而，这时调速与定速泵坚决不能互换后并列运行。

3.电机效率对调速范围的影响

在工况相近的情形下，随着转速的降低，轴功率也会叙事下降，但是如果输出功率偏移较多，额定功率或者工作频率超过工频较多，都会引起电机效率急速下降，从而降低了整个水泵系统的效率。另外自冷电机持续低速运行后，或导致风量不够导致散热慢，从而影响到电机正常运行。

（二）变频调速设计

1.设计组成部分

变频调速主要分为手动调速和自动调速两大类，当前，大多数的水泵调速系统都是处于开环的情形下实行手动调控电机转速。在此文中主要探讨在闭环环境下的自动调控技术。该系统主要包括了控制对象、变频调速器、压力测量变速器、调节器等部分。

控制对象由电机（额定功率为150kW，额定电流为180A）、水泵（功率为100kW，流量为800m3/h，扬程35m）。

变频调速器，一般选择（FRN110/P9S-4（额定电流210A），在选择变频调速器要注意选择额定电流高于电机额定电流的1.1 倍。

压力测量变速器，选用DLK100-OA/0-1MPa。采用这中压力测试变速器能够准确测试出水管压力，然后把压力信号转化为4mA～20mA 的标准电信号，传输给控制系统的调节器。

调节器，系统选用WP～D905，输入电信号4mA～20mA，并输出为PID 控制信号。

2.系统的基本设计逻辑

水泵抽水，途径水管，压力测试器测试出目前的水管压力，水

管压力与水的流量一般成正比，都会产生一个相对应的流量值，该压力数据将转化为相对应的电信号，传输给调节器，调节器按照传输的电信号与目前工业和生活所设置的水量标准实行数据比照，若产生了一定数额的误差，调节器就会把误差数据和目前电信号输送到变频调速器中，变频调速器按照电信号对传输的电源频率实行调整，直接提供给水泵使用，从而引起了电机转速做出对应的改变，达到转速调节的目的。

三.调频节能应用

经过实际工作发现，实行调频技术调节水泵电机转速效果作用大，相比于不采用调频的电机来比较，节约资源可以达到40%，，从而降低的经济成本大概每年平均15万。另外，由于实行调频控速，大大降低了电流量，电源使用量也大大降低，从而进一步优化了水泵的使用环境，提高了水泵的使用期，降低了维修开支。采用调频控制，减少了人工手动经费开支，解决了运用阀门调控而出现的噪音污染问题，改善了工作人员的的工作环境。

变频调速技术运用到水泵控制系统中，不仅调速性能好，而且节约资源的效果十分显著。在水量控制上，每个企业或者居民小区的需水量不一样，采用调频控制技术，可以按照工业和人们的需要进行自动调节设定。当前，广泛推广调频技术与电力计算技术，这样可以提高生产效率、减少能源浪费，这样完全符合倡导的绿色环保、节约资源的重大战略发展要求。

参考文献：

[1]杜杨.浅析变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].工业技术，2012（05）