摘要：介绍了国产HIVERT-Y(T)10型高压变频装置的技术特点，三房巷集团华星合成有限公司、华怡聚合有限公司、兴宇新材料有限公司循环水系统三台(800kW、900kW、500kW)水泵变频改造的技术方案，运行中存在的问题及解决方法，通过与改造之前运行经济比较，表明变频改造的节能效果显著，并提高了设备和系统的安全可靠性。
关键词：高压变频器 循环水泵 电动机 节能 矢量控制 闭环控制(PID调节)
一、前言：变频调速可以对电动机连续调速，也可以在不改变接线的情况下改变转速方向。其优点是启动电流小，加减速度可调节，电机可以根据拖动负载需要在高速或低速情况下连续运行，在负荷降低的情况下保护功能齐全、节能效果明显等诸多优点，随着控制技术和电力电子技术的发展，变频调速技术的应用越来越广泛。
二、基本概况
(图1)
江苏三房巷集团下属华星合成有限公司、华怡聚合有限公司、兴宇新材料有限公司各有自己的一套冷却水循环系统，分别担负着华星合成有限公司40万吨聚酯和海伦化纤有限公司40万吨短纤工业冷却用水循环、华怡聚合有限公司40万吨聚酯和运伦化纤有限公司40万吨短纤工业冷却用水循环、兴宇新材料有限公司40万吨聚酯和40万吨瓶级切片装置工业冷却用水循环的艰巨任务，华星合成有限公司有三台800KW的大功率水泵，华怡聚合有限公司有三台900KW的大功率水泵，兴宇新材料有限公司共有三台500KW的大功率水泵，(如图1)在引进高压变频器以前，由于生产负荷的变化和一年四季温度的差异各循环水系统的用水量都不同，车间采用调节阀门开度的方式和增减运行水泵的数量来控制出水总管的压力，通过这两种方式进行调节，主要存在以下几个问题：
(一)：采用调节阀门开度的方式
1、循环水泵额定转速运行，阀门调整节流量损失大、出口压力高、管道损失严重、系统效率低，造成能源的浪费。
2、当所需流量降低减小阀门开度时，离心泵压力同时上升，而阀门后的运行压力却又很低，使阀前后压差增加，工作安全特性变坏，压力损失严重，造成能耗增加。
3、长期的50～80%阀门开度，使大量的轴功率消耗在离心泵体的内部压力的无效损耗上，不但浪费了大量的能源，同时由于泵体内压力较大，其机械结构的损害也较大，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。
4、设备使用寿命短、日常维护量大，维修成本高，造成各种资源的极大浪费。
(二)：采用增减运行水泵的数量的方式
1、如果不调节阀门开度，当负荷用户少的时候，电机在额定转速下运行就会增大出水总管的压力，超过正常使用压力增加了电能损耗。
2、当负荷用户多的时候，就要多开一台水泵又超出负荷用户少的需求，同样会增大出水总管的压力，超过正常使用压力增加了电能损耗。
3、输水管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，管线爆裂等情况发生。
(三)：系统工频情况下存在的问题
1、 主电机直接起动，起动时的电流很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的安全运行。
2、 电机经常空载运行，属非经济运行工况，电能浪费严重。
3、 电机工频最高转速运行使电动机及水泵运行时噪音很大。
4、 电机工频直接起动对设备的冲击大，对水泵的密封及电机轴承的磨损大，增加了设备维护工作。
三、变频改造的可行性分析
解决上述问题的重要手段之一是采用变频调速控制技术。利用高压变频器对给水泵电机进行变频控制，实现给水流量的变负荷调节。这样，不仅解决了控制阀调节线性度差难以控制的缺点，而且提高了系统运行的可靠性;更重要的是减小了因调节阀门孔口变化造成的压力、流量损失，减轻了控制阀的磨损，降低了系统对管路密封性能的破坏，延长设备的使用寿命，减小了维护量，改善了系统的经济性，节约了能源。由于我们集团三个分公司都有一套循环水系统，原设计要求是装置满负荷时两用一备，综合我们实际运行工况，一台运行或两台同时运行的几率各有一半，这样考虑改装一套变频驱动就能满足实际需要了，当一台轻负荷运行就能满足生产需要时就用变频的循环水泵;当需要一台满负荷运行时就开一台不变频的循环水泵;当一台满负荷运行仍不能满足生产需要时就开一台不变频的循环水泵和一台变频的循环水泵。
(一)、变频设计原则
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，循环水泵变频改造后系统应满足以下要求：
1、 电动机变频运行状态下保持循环水泵出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.05Mpa。
2、 系统具有开环和闭环两套控制回路。开环控制能够根据设定频率稳定运行;闭环控制能够根据设定压力依靠自身PID自动调节，保证输出压力稳定。
3、 在负荷用户减少总管压力增高的情况下，降低循环水泵的转速，输出流量降低，同时循环水泵的输出压力也同时随之降低，保证了总管压力的稳定，这样，在调低流量的同时，离心泵内部压力也随之下降，具有极好的节电效果。
4、 为了防止高次谐波对电网的干扰，变频器应有抑制电磁干扰的有效措施。
5、 在用电负荷小的情况下，变频器处在低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围。
(二)、变频改造后可能出现的问题解决方案
1、高压变频柜的安装位置，因为是在原有生产车间安装，必须要为这样一套设备找一个合适的安装位置。根据我公司实际情况就近分别为三套变频器柜隔出了专用的变频器室。如图2
(图2)
2、因为每套高压变频柜都有自身配套的变压器和功率单元，自身发热量也是相当可观的，妥善解决散热问题也是关键的一环，解决散热问题既能保证变频器长期稳定运行又能达到节能的效果，根据我公司冷冻水系统富裕的情况采用了高压变频室安装冷水空调的方法，使高压变频室内四季都能保持恒定的室温，为变频器长期稳定运行提供了良好的工作环境，减少了高压变频器故障发生的机会。
(三)、变频器的选型
根据上述原则，经过调研、比较，最终选择国产合康HIVERT-Y(T)10型高压变频装置改造循环水泵。
1、合康HIVERT-Y(T)10型变频器具有良好的频率控制性能：频率分辨率为±0.01HZ;可使循环水泵输出压力波动范围满足生产要求。
2、系统具有灵敏的限流保护功能，过载能力120%额定电流一分钟，150%额定电流立即保护。
3、系统设计了闭环与开环两套控制回路，在没有传感器的情况下也能达到节能效果。
4、合康HIVERT高压变频器人机界面采用全中文LCD显示操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，面板轻触按钮直接操作。如图3
(图3)
5、 在该变频器输入侧有隔离变压器，二次线圈经过移相为功率单元提供电源，消除了大部分由单个功率单元引起的谐波电流，无需安装输入滤波器，也无需安装输出滤波装置，有效的抑制了变频器对电网和其他设备的干扰以及电机的温升和噪音。
6、系统具有内置的PID调节器不需外置控制仪表可实现闭环运行。
四、变频改造方案原理
由循环水总管压力变送器、合康HIVERT高压变频器、高压电动机组成压力闭环控制系统，通过自身PID自动调节，反馈压力与设定压力进行PI比较运算，实时控制变频器的输出，使循环水系统总管压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。
五、变频改造后的情况
1、节约能源
变频器改造后，能源节约是最有实际意义的，根据生产需要的循环水流量来控制循环水电动机实际运行频率，达到既能满足生产需要又能节约能源的目地。
2、降低运行成本
循环水泵的运行成本由三项组成：设备采购成本、运行维护成本和电费成本。其中电费成本是一个长期消耗的成本，以一台循环水泵运行寿命10年来算，电费成本大约是设备采购和运行维护成本的近40倍，通过变频器改造使电费成本降低30%左右，加上变频起动后对设备的冲击减弱，设备维护和维修量也跟随减少，运行成本得到了很大的降低。
3、提高压力控制精度
变频闭环控制系统实现了精确的压力控制，使循环水泵压力输出与生产系统所需的流量相匹配，压力的稳定保证了生产车间系统温度的稳定，提高了产品质量。
4、延长电动机和循环水泵的使用寿命
变频器从0HZ起动电动机，起动加速时间可以调整，缓慢加速减少了起动时对电动机和循环水泵的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强了系统的可靠性，使电动机和循环水泵的使用寿命延长。
5、变频控制能够减少机组起动时对电网电压造成的波动，保证了电网和其它设备的用电安全。
6、经过3年左右的运行，合康HIVERT高压变频器调速装置运行稳定，性能良好，即满足了生产工艺的要求，又具有显著的节能效果。
六、结束语：
通过对江苏三房巷集团下属华星合成有限公司、华怡聚合有限公司、兴宇新材料有限公司的三套冷却水循环系统高压变频器调速改造，解决了大容量的离心泵在供水量与用户实际需要流量经常变化不匹配的难题。使三台水泵安全地运行于额定流量以下，并可以保持精确的压力调节,保证了生产用户用水的需求。
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