变频器在热电厂中的节能改造应用

随着变频技术的成熟，变频器在电气传动领域中应用越来越广泛。其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的。
1.改造原理
    由流体传输设备水泵、风机的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力与其转速的平方成正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：降低水泵、风机的转速就，水泵、风机的功率可以下降得更多。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=(45/50)3=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=(40/50)3=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。
水泵部分：
    水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3 N：为水泵消耗功率；n：为水泵运行时的转速；K为比例系数。而水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时除高峰外，大部分时间流量较小，由于采用了变频技术及微机技术有微机控制，因此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。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，节能率可达20%-40%。
风机部分：
    风机属于典型的平方转矩负载类型，所以其功率（轴功率），转矩（压力），转速（风量）满足以下关系（相似定理）：
  压力=P轴=QH
  Q’/Q=N’/N   则Q’=QN’/N
  P’/P=(N’/N)3   则P’=P(N’/N)3
  异步电机的转速公式 n=60f(1-s)/p
式中：N、Q、H、P——风机的额定转速，风量，轴功率
N’、Q’、H’、P’——调速后风机的额定转速，水量，轴功率
在一定范围，可以保持风压恒定的前提下，可以通过改变转速来调节风量，并且不改变风压。这种特性表明，调节风机转速，改变出风压力，改变风量，使压力稳定在恒压线上，就可以完成恒压供风。
    综上所述：利用变频技术改变电机转速来调节流量和压力的变化用来取代阀门控制流量，能取得明显的节能效果
2.改造方案
    水泵在热电厂中主要是给锅炉提供循环水，锅炉燃烧产生的高温高压蒸汽进入蒸汽轮机推动涡轮旋转，带动发电机发电，发电后的乏汽或从蒸汽轮机中的抽汽进入蒸汽制冷机制冷同时一部分进入热交换器采暖或提供卫生热水。在实际工作过程中，随着负荷的多少，水流量也应该有不同的变化，以满足生产的要求。
    在热电厂的应用中，对水泵电机而言，由于它是在工频下全速运行，因此造成了能量的大大浪费。
    锅炉风机在变频改造之前，是采用传统的挡板来调节风量，既容易发生故障，也造成了电能的浪费。据此，我公司采用以下系统方案：
变频器：采用 风机水泵专用变频器
   风机水泵专用变频器（JK型）=普通变频器+MCU，是集供水控制和供水管理一体化的系统。内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可以使用变频器的键盘设定，也可以采用一只电位器以模拟量的形式送入。
产品特点：
1．空间电压矢量控制技术。
2. 转矩自动提升功能，低频大转矩输出。
3. 载波频率可调，静音运行。
4. 控制方式多样化，通用性强。
5. 内置刹车单元，快速停车。
6. 内置PID调节功能，闭环控制简单。
7. 内置RS-485接口，可计算机联网控制，也可以与DCS组成闭环控制系统。
8. 具有时间累计功能，可以显示单次通电运行
   时间，累计运行时间。
9. 32位电机控制专用微处理器，频率解析度 高达0.01HZ。
    系列变频器强大的通讯功能，配合工控机和组态软件等，即可实现与主控室进行联网控制，便于监控人员自动化管理。如果用户希望采用DCS或者是FCS，那么则可以由D/FCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。为确保系统可靠性，需要在变频系统上增加工频软启动旁路装置。
    由此可见，金肯风机水泵专用变频器具有强大的功能，能满足生产过程中的各种控制方案。若外接PLC或MCU及PC机(上位机)等，就组成全自动化的监控和控制系统、可以满足更复杂的工艺要求。
系统改造后的性能：
（1）采用变频器闭环控制，可按需要进行软件组态并设定温度进行PID调节，使电机输出                                功率随热负载的变化而变化，在满足使用要求的前提下达到最大限度的节能。
（2）由于降速运行和软启运，减少了振动、噪音和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，提高了设备的MTBF（平均故障维修时间）值，并减少了对电网冲击，提高了系统的可靠性。
（3）系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大提高。
（4）变频调速闭环控制系统与工频控制系统互为互锁，不影响原系统的运行，且在变频调速闭环控制系统检修维护或故障时，原工频控制系统照样可以正常运行。