高压变频调速器在空调系统中的应用

【摘要】 本文着重介绍了国产高压变频器在天津石化公司化工厂动力站的应用情况，对其节电情况进行对比。结果表明，动力站采用高压变频器对冷水泵进行调速节能改造，具有投资省，见效快等特点。 【关键词】 高压变频器 功率 【Abstract】 The application of domestic high voltage inverter in Donglizhan air condition system of TPCC-CP .is presented in this paper,and the saving of electricity is compared.Consequently express that the adaption of HV inverter to cycle cold water pump is economice. 【Keywords】 High voltage inverter Power 1． 前言 　　中央空调系统已经广泛应用于生产及公用、民用建筑中，并且是所有建筑物中的能耗大户，其能耗占建筑总能耗的1/3以上，有的空调能耗甚至高达65%。空调系统是按最大负荷来设计的，所以设备的选择都是按最不利情况来选型。在绝大部分时间内（例如：过渡季节，每天早晚，一般天气情况等），系统只是部分负荷运行。而目前情况是冷机部分负荷运行，水泵却是全功率运行。从节能角度来看，冷冻水泵也应作合理的调整。天津石化公司动力站是在2000年初投入试运行的冷冻水循环水装置，存在很大的冷水泵全功率运行的电浪费，2004年在经过设计采用高压变频调速系统进行节流运行后，不但极大的满足了生产工艺及控制要求，而且成功地解决了能耗问题。 2． 工艺现状 2．1运行情况 　　天津石化公司化工厂动力站制冷系统有8台溴化锂制冷机，匹配4台冷水泵，系统是按用户所需冷量的最大负荷设计的。在实际运行中，系统在大部分时间在非满负荷中运行。一台冷水泵对应三台溴冷机，三台溴冷机满负荷运行，冷水泵90%负荷运行。当少于三台溴冷机运行或三台溴冷机部分负荷运行时，只需冷水泵90%负荷以下运行，但冷水泵为全压工频运行，冷冻水的流量与压力是通过冷水泵出、入口联络管及冷冻水供、回水母管联络管上的调节阀来进行调节，这样造成电动机运行效率较低，而且降低了密封、阀门、法兰的使用寿命。经统计，每年在4月-11月间，在86%的时间里电动机都在60%的负荷以下运行，所以为了节能和改善管线的运行工况和控制水平，首先对4#冷水泵电机采用变频控制改造。 2．2技术参数 a．冷冻水供用户压力：0.47Mpa 温度：7℃ b．溴冷机型号：NCC-63 制冷量：3516KW 流量：605m3/h c．冷水泵型号：单级双吸离心泵500S59 功率：450KW 流量：2020 m³/h 3.水泵的工作特性及节电原理 　　图1中，水泵运行工况点D是泵的特性曲线nN与管路阻曲线R1的交点。 　　用阀门控制时，由于要减小流量，关小阀门，使阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线由R1移到R2,扬程则从H0升到H1，流量从QN减小到Q3，运行工况从D点移到A点。 　　使用调速控制时，阻力曲线R1原样不变。泵的特性取决于转速，如果把速度从nN降到n1，特性曲线也会从n1移到n3。结果，运行工况点从D点移到C点，扬程从H0下降到H3，流量从Q1减小到Q3。 根据公式求出: 　　也就是说，用阀门控制流量时，有P功率时被浪费掉了。同时，随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，流量Q、扬程H、功率N和转速n之间的关系可写为： 　　即可概括为：流量Q与转速n的一次方成正比；扬程H与转速n的平方比成正比；轴功率P与转速n的立方成正比。 4.工艺控制要求 　　过去是用改变阀门开度的方法调节冷冻水的流量和压力（扬程）。现将变频器接入冷冻水系统中，冷冻水泵运行以冷冻水母管压力参数为给定量，决定水泵运行工况。根据工艺所需用供水母管压力来调节电机速度，达到控制冷冻水的流量和压力的目的。 4．1单台变频泵运行时 　　变频器只能作一台电机的变频电源，所以每台电机启动、停止必须相互闭锁，用逻辑电路控制，保证可靠切换。当制冷系统3台以下溴冷机运行，只需变频冷水泵单独运行时，另外三台工频泵备用。变频泵可以根据溴冷机冷冻水流量及冷冻水供水压力最低需要在36—50Hz范围调节。 A、 当一台溴冷机运行时，变频泵设定频率为36Hz，保证单台溴冷机正常运行的600m³/h流量需求，及冷冻水供水母管压力0.47Mpa。如图1中泵的特性曲线n₃ B、 当两台溴冷机运行时，变频泵设定频率为41Hz，保证两台溴冷机正常运行的1200m³/h流量需求，及冷冻水供水母管压力0.47Mpa。如图1中泵的特性曲线n₂ C、 当三台溴冷机运行时，变频泵设定频率为45Hz，保证三台溴冷机正常运行的1800m³/h流量需求，及冷冻水供水母管压力0.47Mpa。如图1中泵的特性曲线n₁ 4．2工频泵与变频泵并联运行时 　　当制冷系统有4台以上溴冷机运行，需要增加系统中的流量,两台水泵并联工作，其中一台由工频泵做定速运行(性能曲线F2A2)，另一台由变频泵做变速运行(性能曲线F1A1)。另外两台工频泵备用。由于季节及昼夜温度的差别使得变频系统的运行有着特殊性，管网总出口的压力(HA)取决与两台并联水泵各自的出口压力(D2、D1)，从而决定了变频泵不可能在太低的频率下运行，否则会引起倒流或不出水的情况。另一方面太低的频率回导致整体压力下降，达不到冷冻水循环系统总体的扬程要求，处于工频定速运行的水泵也易导致过流发生，在工频泵与变频泵同时运行的情况下，使变频泵最低的频率保持在38Hz以上。通过调试，作变速运行的电机，频率给定（速度给定）由压力信号的大小自动进行三种不同频率（速度）的切换。 　　冷冻水系统如图3所示#4冷水泵，电机容量为450KW，对应溴冷机运行方式。 5． 变频器运行与操作 　　天津石化化工厂厂选用的高压变频器是东方日立（成都）电控设备有限公司（原东方凯奇公司）生产的完美无谐波DFCVERT－MV560／6B电压型变频装置。主回路采用IGBT模块结构，控制方式为单片微型计算机控制。 （1） 变频器调试完毕投入运行，操作简便，按正常电机启停按钮即可。从运行（或停止）指令发出到变频器开始运行，迟缓1～2秒，同时有运行指示数码指示频率数值。 （2） 电机启动特性改善。使启动电流＜1.5IH时可实现电机软起动，待10～20秒后电机正常运转。 （3） 各种保护功能完全，发生事故变频器首先自行跳闸，备用工频电源和备用泵立即自行启动，有故障自诊断功能，减少了运行人员的重复劳动。 6．使用时的注意事项 （1） 水泵、风机转速调节范围不宜太大，通常不应低于额定转速的50%，最好在70%～100%之间。当转速低于额定转速的40%～50%时，水泵、风机本身的效率明显下降，更不经济。同时，应注意避开泵机组的机械临界共振转速，否则将会损坏泵机组。 （2） 变频装置的特性尽可能与水泵的负载特性一致，否则效果往往不太理想。 （3） 由SPWM变频器驱动异步电机时，因高次谐波的影响，产生讨厌的噪声。可在变频器与电机之间装一补偿器（约为总阻抗的3%～4%），将V/f比降低到与负载相适应的程度，噪声可降低5～10dB。 （4） 由SPWM变频器驱动异步电机时，流过电动机的电流比工频供电时约大5%左右。在电机低速运行时，冷却风扇能力下降，使电机的温升增高，应降低负载转矩和限定运行时间。 （5） 变频器安装位置周围的环境温度应低于35℃，变频器的功率模块上装有风机进行强迫通风，散热片上装有温敏元件，进行过热保护。周围环境温度高于35℃时，功率模块性能变差，效率就会降低，尤其是长期运行的水泵，可能会损坏模块。 （6） 选用变频器的容量要与电机电流（最大转矩）相匹配，并且可提高1~2个档次。尤其是工作环境差，环境温度高，长年连续运行的水泵一定要高2个档次以上。 （7） 正式投运前，用0.5级模拟仪表准确测量电压、电流、频率、功率等参数值，以校验电机在设定工况条例下的正常运行能力。 （8） 当两台以上水泵并联运行时，一台为定速（工频供电），一台为变速（变频供电），应先将定速泵按设计额定工况运行后，再用变速泵来调整系统参数。 7．经济效益分析 　　以2002年4月-10月冷水泵运行情况为例，对4#冷水泵的运行进行节能分析，4#冷水泵全年运行时间6.5个月，约4680小时， 2002年4月-10月冷水泵运行工况见下表： （1） 以60%的运行负荷计算，运行时间约2250小时。 电动机恒速运行，挡板调节流量， 消耗电量295×2250=663750KWH 采用变频器驱动电动机运行，改变电动机速度调节流量 所需功率391×(0.6)³=84.5KW 消耗电量84.5×2250=190026KWH 每年节约用电约663750-190026=473724KWH （2） 以30%的运行负荷计算,运行约1685小时 电动机恒速运行，挡板调节流量，

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