ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在冶金行業(yè)的應(yīng)用
攀鋼集團成都鋼鐵有限責(zé)任公司總水站采用廣州智光電機有限公司的一臺ZINVERT系列高壓變頻器用于冷循環(huán)水泵的改造，并于2005年9月成功投運。這標(biāo)志著ZINVERT系列變頻器在鋼鐵行業(yè)中的成功應(yīng)用。
1、用戶簡介
攀鋼集團成都鋼鐵有限責(zé)任公司是由攀鋼集團成都無縫鋼管有限責(zé)任公司和成都鋼鐵廠聯(lián)合重組成立的冶金工業(yè)企業(yè)，于2002年5月24日正式注冊成立。公司經(jīng)營范圍涵蓋無縫鋼管、棒線材等冶金產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售，冶金設(shè)備設(shè)計制造、房地產(chǎn)開發(fā)和汽車運輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)。目前具備鐵150萬噸、鋼180萬噸、鋼材170萬噸的年生產(chǎn)能力，是目前國內(nèi)品種規(guī)格最齊、生產(chǎn)規(guī)模最大的無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)之一和西部地區(qū)的建筑用鋼材骨干生產(chǎn)企業(yè)。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于能源、化工、航空、交通運輸、機械制造、建筑及軍工等領(lǐng)域，產(chǎn)品出口多個國家。
2、改造項目介紹
此項目是攀鋼集團成都鋼鐵有限責(zé)任公司總水站的冷循環(huán)水泵變頻改造，該站處在鋼鐵公司的生產(chǎn)區(qū)中心，環(huán)境條件差，粉塵大，冬季低溫多霧。冷循環(huán)水泵采用5臺560KW6KV高壓電機并聯(lián)供水，新廠初期用水量比較小，主要提供軋鋼用水，啟動一臺560KW高壓水泵已能夠滿足軋鋼用水要求。
水泵為上海凱泉泵業(yè)公司KQSN400-N9/573T型，流量2340～2200m3/h，揚程63.5～77m；電機的參數(shù)以及采用工頻運行時的參數(shù)如下：
電機參數(shù)：額定電壓：6KV
額定功率：560KW
額定電流：61A
功率因素：0.89
工頻運行時：管網(wǎng)水壓調(diào)節(jié)為4.5公斤
回流水閥門開度約為70%～80%
輸出功率：510KW
輸出電壓：5980KV
輸出電流：55A
功率因數(shù)：0.89
變頻調(diào)速裝置的主要功能是根據(jù)供水管網(wǎng)水壓要求，對水泵電機轉(zhuǎn)速進行速度調(diào)節(jié)，達(dá)到恒壓供水的目的。高壓水泵電機若采用工頻運行時，根據(jù)用水量的大小變化，采用調(diào)節(jié)回流水閥門開度可調(diào)節(jié)供水壓力。工頻運行時，回流水閥門采用人工調(diào)節(jié)，用水量要求變化較大時，人工調(diào)節(jié)緩慢，導(dǎo)致管網(wǎng)水壓變化大，且由于回流閥門調(diào)節(jié)頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)閥門故障。
由于采用回流閥進行控制，導(dǎo)致回流的水量浪費大量的能量，而且由于人工調(diào)節(jié)緩慢，管網(wǎng)水壓變化大，所以用戶決定采用變頻改造，使用變頻器進行流量調(diào)節(jié)。這樣既保證了水泵出水量滿足了工況需要，管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定；同時也節(jié)約了大量能量。
3、項目改造方案
用戶提出為防止變頻器檢修或故障對供水系統(tǒng)運行的影響，配置自動工頻旁路。
為避免旁路切換時的擾動沖擊，由變頻運行方式轉(zhuǎn)換到工頻運行方式時，要求不停機條件下，采用手動／自動切換到工頻電源的功能，能在變頻故障條件下電動機可不通過變頻器經(jīng)旁路直接啟動。因此該系統(tǒng)配置了自動旁路柜，并采用一拖二的控制方式，采用手動切換可分別拖動兩臺水泵運行，保證設(shè)備利用率和恒壓供水。
自動旁路柜：該高壓變頻器系統(tǒng)配備自動旁路柜，用戶根據(jù)要求可選擇“手動旁路”或“自動旁路”，自動旁路柜的接線方案如上圖所示：
其中QS是用戶高壓開關(guān)柜的斷路器；J1、J2、J3是變頻器內(nèi)部真空接觸器；K1、K2、K3、K4是變頻器內(nèi)部手動隔離刀閘。刀閘K1、K2、K3、K4無機械閉鎖功能，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全，在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)。工頻旁路接觸器J3與變頻進線接觸器J1、變頻出線接觸器J2具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。變頻運行狀態(tài)，J1、J2閉合，J3斷開，由變頻器控制電機；在工頻狀態(tài)，J3閉合，J1、J2斷開，直接開關(guān)柜輸入6KV電壓運行電機。實現(xiàn)發(fā)生嚴(yán)重故障時變頻器可以由變頻狀態(tài)自動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl狀態(tài)的功能。
一拖二方案：變頻器通過K5的切換來選擇變頻器控制的對象。這種一拖二的控制方式在某臺電機故障的情況下仍然能夠采用變頻器控制電機運行，大大的提高了變頻器的使用率。
PID控制方式：高壓變頻器變頻運行時，回流水閥門全關(guān)，變頻器能夠根據(jù)管網(wǎng)水壓反饋信號的變化自動PID閉環(huán)調(diào)節(jié)運行頻率，保持供水水壓穩(wěn)定，降低了管網(wǎng)的損耗。
后臺監(jiān)控系統(tǒng)：高壓變頻器與后臺進行RS485通信，后臺畫面可顯示高壓變頻器的所有運行狀態(tài)，包括運行頻率值，PID閉環(huán)參數(shù)設(shè)定值，輸入電壓、電流值，輸出電壓、電流值等。同時可監(jiān)視各種報警量和故障量。
4、項目改造收益
改造后，由于回流閥關(guān)閉，所以回流水量的能量全部節(jié)約了。改造后，在一般情況下，變頻器平均運行數(shù)據(jù)如下：
平均運行頻率：33HZ
輸入電流：10.2A
輸入電壓：5850V
輸入功率因數(shù)：0.97
輸入功率：100KW
可見工頻運行時，在軋鋼用水量少時，為了保持水壓穩(wěn)定在4.5公斤，回流水閥門開度比較大，可達(dá)70%～80%，導(dǎo)致大部分水泵能量消耗在回流水上。采用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速后，回流消耗為0，大大減少了能源的浪費。
變頻運行調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速與工頻運行調(diào)節(jié)回流水閥門開度比較，進行計算：
年平均運行天數(shù)：300天/年
當(dāng)?shù)仄骄妰r：0.4元/kWh
工頻運行功率：510KW
變頻運行功率：100KW
年節(jié)能費用：（510—100）×24×300×0.4=118萬元
1、用戶簡介
攀鋼集團成都鋼鐵有限責(zé)任公司是由攀鋼集團成都無縫鋼管有限責(zé)任公司和成都鋼鐵廠聯(lián)合重組成立的冶金工業(yè)企業(yè)，于2002年5月24日正式注冊成立。公司經(jīng)營范圍涵蓋無縫鋼管、棒線材等冶金產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售，冶金設(shè)備設(shè)計制造、房地產(chǎn)開發(fā)和汽車運輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)。目前具備鐵150萬噸、鋼180萬噸、鋼材170萬噸的年生產(chǎn)能力，是目前國內(nèi)品種規(guī)格最齊、生產(chǎn)規(guī)模最大的無縫鋼管生產(chǎn)企業(yè)之一和西部地區(qū)的建筑用鋼材骨干生產(chǎn)企業(yè)。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于能源、化工、航空、交通運輸、機械制造、建筑及軍工等領(lǐng)域，產(chǎn)品出口多個國家。
2、改造項目介紹
此項目是攀鋼集團成都鋼鐵有限責(zé)任公司總水站的冷循環(huán)水泵變頻改造，該站處在鋼鐵公司的生產(chǎn)區(qū)中心，環(huán)境條件差，粉塵大，冬季低溫多霧。冷循環(huán)水泵采用5臺560KW6KV高壓電機并聯(lián)供水，新廠初期用水量比較小，主要提供軋鋼用水，啟動一臺560KW高壓水泵已能夠滿足軋鋼用水要求。
水泵為上海凱泉泵業(yè)公司KQSN400-N9/573T型，流量2340～2200m3/h，揚程63.5～77m；電機的參數(shù)以及采用工頻運行時的參數(shù)如下：
電機參數(shù)：額定電壓：6KV
額定功率：560KW
額定電流：61A
功率因素：0.89
工頻運行時：管網(wǎng)水壓調(diào)節(jié)為4.5公斤
回流水閥門開度約為70%～80%
輸出功率：510KW
輸出電壓：5980KV
輸出電流：55A
功率因數(shù)：0.89
變頻調(diào)速裝置的主要功能是根據(jù)供水管網(wǎng)水壓要求，對水泵電機轉(zhuǎn)速進行速度調(diào)節(jié)，達(dá)到恒壓供水的目的。高壓水泵電機若采用工頻運行時，根據(jù)用水量的大小變化，采用調(diào)節(jié)回流水閥門開度可調(diào)節(jié)供水壓力。工頻運行時，回流水閥門采用人工調(diào)節(jié)，用水量要求變化較大時，人工調(diào)節(jié)緩慢，導(dǎo)致管網(wǎng)水壓變化大，且由于回流閥門調(diào)節(jié)頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)閥門故障。
由于采用回流閥進行控制，導(dǎo)致回流的水量浪費大量的能量，而且由于人工調(diào)節(jié)緩慢，管網(wǎng)水壓變化大，所以用戶決定采用變頻改造，使用變頻器進行流量調(diào)節(jié)。這樣既保證了水泵出水量滿足了工況需要，管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定；同時也節(jié)約了大量能量。
3、項目改造方案
用戶提出為防止變頻器檢修或故障對供水系統(tǒng)運行的影響，配置自動工頻旁路。
為避免旁路切換時的擾動沖擊，由變頻運行方式轉(zhuǎn)換到工頻運行方式時，要求不停機條件下，采用手動／自動切換到工頻電源的功能，能在變頻故障條件下電動機可不通過變頻器經(jīng)旁路直接啟動。因此該系統(tǒng)配置了自動旁路柜，并采用一拖二的控制方式，采用手動切換可分別拖動兩臺水泵運行，保證設(shè)備利用率和恒壓供水。
自動旁路柜：該高壓變頻器系統(tǒng)配備自動旁路柜，用戶根據(jù)要求可選擇“手動旁路”或“自動旁路”，自動旁路柜的接線方案如上圖所示：
其中QS是用戶高壓開關(guān)柜的斷路器；J1、J2、J3是變頻器內(nèi)部真空接觸器；K1、K2、K3、K4是變頻器內(nèi)部手動隔離刀閘。刀閘K1、K2、K3、K4無機械閉鎖功能，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全，在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)。工頻旁路接觸器J3與變頻進線接觸器J1、變頻出線接觸器J2具備電氣閉鎖功能，不能同時閉合。變頻運行狀態(tài)，J1、J2閉合，J3斷開，由變頻器控制電機；在工頻狀態(tài)，J3閉合，J1、J2斷開，直接開關(guān)柜輸入6KV電壓運行電機。實現(xiàn)發(fā)生嚴(yán)重故障時變頻器可以由變頻狀態(tài)自動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl狀態(tài)的功能。
一拖二方案：變頻器通過K5的切換來選擇變頻器控制的對象。這種一拖二的控制方式在某臺電機故障的情況下仍然能夠采用變頻器控制電機運行，大大的提高了變頻器的使用率。
PID控制方式：高壓變頻器變頻運行時，回流水閥門全關(guān)，變頻器能夠根據(jù)管網(wǎng)水壓反饋信號的變化自動PID閉環(huán)調(diào)節(jié)運行頻率，保持供水水壓穩(wěn)定，降低了管網(wǎng)的損耗。
后臺監(jiān)控系統(tǒng)：高壓變頻器與后臺進行RS485通信，后臺畫面可顯示高壓變頻器的所有運行狀態(tài)，包括運行頻率值，PID閉環(huán)參數(shù)設(shè)定值，輸入電壓、電流值，輸出電壓、電流值等。同時可監(jiān)視各種報警量和故障量。
4、項目改造收益
改造后，由于回流閥關(guān)閉，所以回流水量的能量全部節(jié)約了。改造后，在一般情況下，變頻器平均運行數(shù)據(jù)如下：
平均運行頻率：33HZ
輸入電流：10.2A
輸入電壓：5850V
輸入功率因數(shù)：0.97
輸入功率：100KW
可見工頻運行時，在軋鋼用水量少時，為了保持水壓穩(wěn)定在4.5公斤，回流水閥門開度比較大，可達(dá)70%～80%，導(dǎo)致大部分水泵能量消耗在回流水上。采用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速后，回流消耗為0，大大減少了能源的浪費。
變頻運行調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速與工頻運行調(diào)節(jié)回流水閥門開度比較，進行計算：
年平均運行天數(shù)：300天/年
當(dāng)?shù)仄骄妰r：0.4元/kWh
工頻運行功率：510KW
變頻運行功率：100KW
年節(jié)能費用：（510—100）×24×300×0.4=118萬元
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