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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(wàn)噸氧化鋁、16萬(wàn)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(tái)水泵，根據(jù)季節(jié)不同,，氣溫差異開(kāi)啟兩臺(tái)或三臺(tái)循環(huán)水泵,，對(duì)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(kāi)兩臺(tái)流量不夠,，開(kāi)三臺(tái)流量過(guò)大的情況，夏季運(yùn)行流量卻不足等現(xiàn)象,，這就無(wú)法保證水泵機(jī)組的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行,，無(wú)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(chǎng)技改項(xiàng)目中，信發(fā)鋁電公司氧化鋁廠(chǎng)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(duì)1#～4#循環(huán)水泵進(jìn)行調(diào)速改造,。
2 改造設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(tái)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(xiàn)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(mǎn)足如下的關(guān)系式：
　?。?）
　　其中p為電機(jī)極對(duì)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?。?～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）：
　　（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(guān)的水泵工作曲線(xiàn)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(guó)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(wú)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(guó)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(wèn)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(guò)目前氧化鋁廠(chǎng)已有的DCS對(duì)高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,，通過(guò)遠(yuǎn)控和本地對(duì)變頻器進(jìn)行控制,，遠(yuǎn)控盒具有以下功能：開(kāi)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(méi)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(méi)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(chǎng)速度給定信號(hào)掉線(xiàn)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(tái)高壓變頻器,。以1#,、2#水泵為例說(shuō)明其控制思路，其一次系統(tǒng)接線(xiàn)圖路如圖3所示,，通過(guò)切換高壓隔離開(kāi)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(guò)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(chǎng)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(kāi)關(guān),；
　　QS12、QS22,、QS13,、QS23為變頻器旁路開(kāi)關(guān)柜高壓隔離開(kāi)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(kāi)關(guān)柜用于工/變頻切換,。QS11和QS21為2個(gè)高壓隔離開(kāi)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(kāi),，QS13斷開(kāi),，1#水泵變頻運(yùn)行；QS12斷開(kāi),，QS13閉合1#水泵工頻運(yùn)行,；QS22閉合，QS12斷開(kāi),，QS23斷開(kāi),，2#水泵變頻運(yùn)行；QS22斷開(kāi),，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(kāi)關(guān)打至“遠(yuǎn)控”位置，將相應(yīng)水泵斷路器“就地/遠(yuǎn)方”開(kāi)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(tái)變頻器,，3#,、4#電機(jī)共用一臺(tái)變頻器。
　?。?）每次起泵,、倒泵前電話(huà)通知電氣值班人員電話(huà)、確認(rèn)哪臺(tái)電機(jī)使用哪臺(tái)變頻器,。
　?。?）開(kāi)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(mén)打開(kāi)，直到全開(kāi)后,，把電磁閥手動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到自動(dòng),，再把水泵頻率開(kāi)到生產(chǎn)所需的頻率。
　?。?）停機(jī)：先把電機(jī)運(yùn)行頻率降到35Hz以下,，看電磁閥門(mén)是否關(guān)閉，確認(rèn)電磁閥門(mén)完全關(guān)閉后再點(diǎn)“停機(jī)”按鈕,，把設(shè)備完全停下來(lái),。
8 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改造測(cè)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(guò)廠(chǎng)節(jié)能服務(wù)中心測(cè)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(duì)供配電系統(tǒng)的沖擊,。改造后的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示,。

　　為了對(duì)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(tái)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(kāi)閥門(mén)）,，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(chǎng)噪音大大降低,，有效改善現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行環(huán)境，操作人員反映良好,；便于實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)循環(huán)水泵機(jī)組控制系統(tǒng)自動(dòng)化管理,。
9結(jié)束語(yǔ)
　　經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)變頻器廠(chǎng)家的不斷努力，國(guó)內(nèi)變頻器產(chǎn)品以其性能良好,，性?xún)r(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(hù)收回投資。隨著國(guó)家對(duì)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(lái)歷史黃金發(fā)展時(shí)期。