敬业钢铁有限公司二炼水系统水泵高低压变频调速节能改造方案北京仟亿达科技有限公司2010年8月一、概述河北敬业集团坐落于革命老区平山县，毗邻革命圣地西柏坡，是一家以钢铁为主业，兼营化工、酒店的跨行业集团公司。现在二炼铁厂的变频节能改造项目正在筹备中。我公司已对现场工艺、工况进行了解，对四、五、六、七、八高炉的水系统的热风炉冷却泵系统、回水泵系统和风机冷却水泵系统、高炉TRT水泵系统进行了实际运行数据进行采集，该数据由工厂现场工作人员提供，仅代表当前工况下的运行情况。我公司建议采用PowerSmartTM系列高压变频器和低压ABB变频器作为辅机调速设备，不仅可以实现节能降耗，还可以降低厂用电率和发电成本，对增加电厂的经济效益意义重大。一般情况下，水泵变频调速之后的流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，其内功率则和转速立方成正比，节能效果与水泵调速后的转速成立方关系变化。这时水泵的工况点基本上符合相似定律。但是,实际中却没有这样的节能效果。由于相似定律是研究、设计水泵本身的规律，它是就水泵而论水泵的定律。对于工作在管道系统中的水泵必须视具体工况进行分析计算，由于水泵的入口和出口水压是否与大气压相同，直接关系到水泵的轴功率变化。因此，水泵的节能计算不能照搬照抄相似定律，水泵的节能计算必须根据具体实际工况进行分析计算。也应当考虑变频调速之后水泵的效率、电动机的效率、变频器的效率等因素的影响。离心泵均属于平方转矩类负载，水泵要克服管网阻力，尤其是克服节流孔板和电动调节门的阻力。其服务扬程比较大，这时水泵的工况点已经不符合相似定律。对于工作在管网系统中的泵必须视具体工况分析计算。二、高压变频原理高压变频装置采用的是交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。本装置采用了功率单元串联叠波升压技术,可以用较低电压的成熟器件实现高电压输出，而且具有很高的可靠性。1、主电路主回路主要由隔离变压器和功率单元组成，隔离变压器为三相干式整流变压器，原边为Y形接法，输入10000V电压，副边绕组为27组，延边三角形接法，功率单元共27个，每相9个串联，相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。由于采用多个功率单元串联，得到多个电压等级，每个单元的电压等级都较低，保证了变频器的性能。2、功率单元功率单元原理见图2，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，输出单相脉宽调制波形。经过叠加得到单相正弦波形。高压变频装置的功率单元具有旁路功能。当某个单元发生故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，退出运行，每相由8个单元工作，变频器输出性能不变，使得电机在某个单元发生故障时依然可以稳定运行。功率单元原理图三、水泵的运行特性1、变频泵与工频泵并联运行时的特性1.1变频泵与工频泵并联运行特性曲线图1--变频泵与工频泵并联运行特性曲线(1)F1为工频泵的性能曲线，也是变频泵在50Hz下满负荷运行时的性能曲线(假定变频泵与工频泵性能相同)，工频泵单泵运行时的工作点A1。(2)F2为变频泵在频率F2时的性能曲线，变频泵在频率F2单独运行时的工作点B1。(3)F3为变频和工频水泵并联运行的总的性能曲线，工作点C，扬程HC，流量QC=QA2+QB2。1.2变频泵与工频泵并联运行时的特点（1）F2不仅仅是一条曲线，而是F1性能曲线下方偏左的一系列曲线族。F3也不仅仅是一条曲线，而是在F1性能曲线右方偏上的一系列曲线族。（2）F2变化时，F3也随着变化。工作点C也跟着变化。因此变频泵的扬程HB2，流量QB2，工频泵扬程HA2，流量QA2，以及总的扬程HC=HB2=HA2，和总流量QC=QA2+QB2都会随着频率F2的变化而变化。（3）随着变频泵频率F2的降低，变频泵的扬程逐渐降低，变频泵流量QB2快速减少;工作点C的扬程也随着降低，使总的流量QC减少；因此工频泵的扬程也降低，使工频泵流量QA2反而略有增加，此时要警惕工频泵过载。2、水泵变频调速运行特性扬程流量图2--水泵变频运行特性曲线（1）图2中，额定工作点仍然为A，理想管网阻力曲线R1与流量成正比。变频后的特性曲线F2，工作点B。流量为零时的净扬程H0，变频运行实际工作点HB与净扬程...
