一、用戶簡介

廣東省韶關(guān)鋼鐵集團有限公司1966年建廠，歷經(jīng)40多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為年產(chǎn)鋼600萬噸能力，集鋼鐵制造、物流、工貿(mào)為一體的大型國有企業(yè)集團；成為世界鋼鐵企業(yè)100強，中國企業(yè)500強、廣東企業(yè)50強；成為廣東重要的鋼鐵生產(chǎn)基地、高新技術(shù)企業(yè)和中國重要的船板鋼生產(chǎn)基地。2008年產(chǎn)鋼407萬噸，鐵392萬噸，鋼材387萬噸，主營業(yè)務(wù)收入208億元。

二、高壓變頻器調(diào)速節(jié)能原理

高壓變頻調(diào)速是通過改變輸入到交流電機的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動機轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)電機學(xué)原理，交流異步電動機轉(zhuǎn)速由下式確定:

n=60f（1-S）/p （1）

式中:n—電動機轉(zhuǎn)速；

f—輸入電源頻率；

S—電動機轉(zhuǎn)差率；

p—電機極對數(shù)。

由公式（1）可知，電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機的極對數(shù)有關(guān)。交流電動機的直接調(diào)速方式主要有：

1）變極調(diào)速（調(diào)整p）；

2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；

3）串級調(diào)速或內(nèi)反饋電機（調(diào)整S）；

4） 液力耦合器調(diào)速；

5） 變頻調(diào)速（調(diào)整f）；

其中以高壓變頻調(diào)速的優(yōu)點最多，得到了廣泛的應(yīng)用。

葉片式風(fēng)機（或水泵）類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在滿足流體力學(xué)的三個相似定律（即幾何相似、運動相似、動力相似）的條件下，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力（揚程）H以及軸功率P具有如下關(guān)系:

Q1/ Q2＝n1/n2（1）

H1/ H2＝（n1/n2）2（2）

P1/ P2＝（n1/n2）3（3）

式中：Q1、H1、P1—風(fēng)機（或水泵）在n1轉(zhuǎn)速時的流量、壓力（或揚程）、軸功率；

Q2、H2、P2—風(fēng)機（或水泵）在n2轉(zhuǎn)速時的相似工況條件下的流量、壓力（或揚程）、軸功率。

由公式（1）、（2）、（3）可知，風(fēng)機（或水泵）的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力（或揚程）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動風(fēng)機的電機所需的電功率亦可相應(yīng)降低。

從上述分析可見，調(diào)速是水泵節(jié)能的重要途徑。采用高壓變頻調(diào)速可以實現(xiàn)對水泵電機轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動機轉(zhuǎn)速從而管道壓力及供水量。

三、改造項目介紹

廣東韶關(guān)鋼鐵集團有限公司第二熱軋寬板廠循環(huán)水系統(tǒng)由三臺315KW/10KV水泵機組組成，三臺水泵供同一管道，平時兩用一備。冷卻水主要供熱軋寬板廠軋機冷卻和儀器儀表冷卻。循環(huán)水系統(tǒng)在設(shè)計時就預(yù)備了一定的余量，生產(chǎn)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，開兩臺水泵機組還有20%的余水從回流閥回流，生產(chǎn)量小時或停產(chǎn)時，系統(tǒng)用水少，但為了保證廠里其它儀器儀表的冷卻水，水泵還不能停機，多余的冷卻水只能是通過回流閥回流，不但造成了大量的電能損失。

由于采用回流閥進(jìn)行控制，導(dǎo)致回流的水量浪費大量的能量，而且由于人工調(diào)節(jié)緩慢，管網(wǎng)水壓變化大，變頻調(diào)速裝置的主要功能是根據(jù)供水管網(wǎng)水壓要求，對水泵電機轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，達(dá)到恒壓供水的目的，且因使用變頻器時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來動態(tài)調(diào)節(jié)供水量，不用調(diào)節(jié)閥門，效率高，反應(yīng)快。所以用戶決定采用深圳市科陸變頻器有限公司生產(chǎn)的CL2700系列高壓變頻器對三臺循環(huán)水泵變頻改造改造，用變頻器進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。這樣既保證了水泵出水量滿足了工況需要，管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定；同時也節(jié)約了大量能量。

電機參數(shù)：額定電壓10KV，額定功率315KW，額定電流22.5A
水泵額定功率315KW，額定揚程39米，現(xiàn)場最高揚程（靜揚程）8米。

四、項目改造方案

為防止變頻器檢修或故障對供水系統(tǒng)運行的影響，配置手動工頻旁路，具體旁路實施方式如下圖所示：

采用“一拖一”手動旁路方案一次接線原理圖如下：

 
CL2700高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一拖一手動工頻旁路系統(tǒng)圖

用戶開關(guān)QF1閉合時，電機實現(xiàn)變頻或工頻運行。當(dāng)高壓電源經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1連到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS3送至電動機，電動機變頻運行；高壓電源還可經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS2直接起動電動機，電動機工頻運行。高壓隔離開關(guān)QS2、QS3之間機械互鎖，確保工頻電路與變頻電路不會同時導(dǎo)通。當(dāng)變頻器檢修，斷開QS1、QS3，并閉合QS2使電機工頻運行不停機，QS1、QS3形成明顯斷開點，確保檢修人員人身安全。

手動旁路方式的旁路柜主要由隔離刀閘構(gòu)成，在使用時可進(jìn)行變頻運行和工頻運行的手動切換。在高壓變頻裝置檢修時，旁路隔離刀閘閉合為高壓電機從電網(wǎng)直接提供高壓電源，不影響用戶的使用；而變頻隔離刀閘斷開，具有明顯的物理斷點，可保障檢修人員的人身安全。旁路隔離刀閘與變頻隔離刀閘間具有機械互鎖功能，可確保工頻回路與變頻回路不會同時導(dǎo)通。

三地控制方式：可進(jìn)行本地、機旁操作箱、遠(yuǎn)程DCS三地控制。

DCS與變頻器之間的接口如下：

1．變頻器至DCS：

高壓合閘允許（開關(guān)量）

系統(tǒng)就緒（開關(guān)量）

變頻器故障（開關(guān)量）

本地/遠(yuǎn)程（開關(guān)量）

運行/停止?fàn)顟B(tài)（開關(guān)量，反饋變頻器狀態(tài)）

變頻/工頻狀態(tài)（開關(guān)量）

急停（開關(guān)量）

變頻器當(dāng)前運行電流（模擬量，4~20MA）

變頻器輸出電流（模擬量，4~20MA）

2．DCS至變頻器：

變頻啟動/停機（開關(guān)量）

故障復(fù)位（開關(guān)量）

頻率給定（模擬量，4~20MA）
     

PID控制方式：高壓變頻器變頻運行時，回流水閥門全關(guān)，變頻器能夠根據(jù)管網(wǎng)水壓

反饋信號的變化自動PID閉環(huán)調(diào)節(jié)運行頻率，保持供水水壓穩(wěn)定，降低了管網(wǎng)的損耗。原工頻時開兩臺水泵管網(wǎng)水壓為5.1公斤，采用變頻PID控制后，把管網(wǎng)水壓控制在4.5公斤，變頻器根據(jù)現(xiàn)場用水量動態(tài)調(diào)整輸出頻率。

五、項目改造效益

改造后，變頻器平均運行頻率在43HZ左右，經(jīng)測算，相比工頻下節(jié)電率在26%，該循環(huán)水系統(tǒng)一年運行360天，一天運行24小時，因該循環(huán)水系統(tǒng)為二用一備，每十六小時換一次泵，則這三臺變頻器平均每年運行360天，每天運行16小時，我們按平均電價0.5元/度，則該循環(huán)水系統(tǒng)每臺水泵變頻器每年可節(jié)約：

315 *26%*16*360*0.5 = 23.59(萬元)

則整個循環(huán)水系統(tǒng)（3臺變頻器）采用變頻改造后每年可節(jié)省：

23.59*3 = 70.77 (萬元)

現(xiàn)場安裝設(shè)備圖片