一、 工程概況：
綏化中盟熱電有限公司是綏化城區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)、以熱定電工程，是2007年度黑龍江省重點建設(shè)“節(jié)能、減排”環(huán)保型工程，符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策。
工程總體設(shè)計6爐3機，裝機容量80MW，供熱面積640萬平方米，工程分三期建設(shè)，一期工程于2006年底建成投產(chǎn)（實現(xiàn)供熱面積168萬平方米）。
熱網(wǎng)首站設(shè)計安裝三臺供暖循環(huán)泵其型號為KQSN450—M9/615性能參數(shù)為：額定流量3593m3/h，額定揚程101m ，內(nèi)效率65%。配套電機參數(shù)為：YKK560O3-4額定功率1250kWh .額定電壓10kv ，額定電流86.5A。采用高壓變頻調(diào)節(jié)。
二、經(jīng)過一個采暖期運行，大容量水泵電機為什么要采用變頻？變頻器節(jié)能原理是什么？節(jié)能效果怎樣？
本文將從以上三個方面加以闡述分析：
1、在供暖系統(tǒng)中，熱網(wǎng)循環(huán)水流量G=Q/1.163×(tgs-ths).kg/h
式中Q--熱電廠供熱量W ，tgs—供水溫度℃ ，ths—回水溫度℃。
由上式可知：當(dāng)供、回水溫差一定時，供熱面積越大，熱網(wǎng)循環(huán)泵的流量越大。
綏化中盟熱電有限公司的供暖循環(huán)泵的流量是根據(jù)城市建筑物最大供暖面積640萬平方米選型 ，且留有10%的設(shè)計余量。如果沒有使用變頻調(diào)速，那么熱網(wǎng)循環(huán)泵在供暖期內(nèi)工頻狀態(tài)下（額定轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分）運行。
在供暖期，采暖熱負(fù)荷是隨著室外氣溫變化的，（在保證供熱品質(zhì)前提下）需要分階段調(diào)整熱網(wǎng)循環(huán)量，達到即節(jié)約燃料又保證供熱質(zhì)量要求，這樣就使得循環(huán)水泵的負(fù)荷大部分時間運行在低流量狀態(tài)。
據(jù)統(tǒng)計綏化采暖熱負(fù)荷值大部分在19－41W/m2之間，最大負(fù)荷64W/m2運行時間每年不超過85小時，致使循環(huán)水泵實際流量偏離額定工況點運行，能耗增加，效率下降。
2、目前熱網(wǎng)循環(huán)泵工況調(diào)節(jié)方式大部分采用節(jié)流調(diào)節(jié)，就是改變水泵出口閥門開度來調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式是水泵的轉(zhuǎn)速不變，開關(guān)閥門，人為改變熱網(wǎng)系統(tǒng)特性阻力曲線，從而改變水泵的流量及揚程，而此時水泵消耗軸功率卻變化不大，造成節(jié)流損失，浪費大量的能源。
水泵的變速調(diào)節(jié)是閥門開度最大，通過改變水泵轉(zhuǎn)速，在其管路阻力特性曲線不變的情況下，改變水泵的性能曲線達到控制水泵的流量和揚程，使水泵處于高效率工作區(qū)，減少附加阻力損耗，達到節(jié)能的目的。
1）變頻調(diào)速器的工作原理
由三相異步電動機工作原理可知：三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的基本規(guī)律為n=60f/p（式中n－電機轉(zhuǎn)數(shù)，f－定子繞組電流頻率，p－旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)）對一定電機P為定值。
要改變電機轉(zhuǎn)數(shù)n只有改變定子繞組供電頻率f?；谶@一點，變頻器的工作原理是把50Hz交流電通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法，使輸出波形近似正 弦波，用于驅(qū)動異步電機，實現(xiàn)無級調(diào)速。上述的兩次變換可簡化為AC－DC－AC（交－直－交）變頻方式。其構(gòu)成主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
2）水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理
改變水泵的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)水泵的流量及揚程從而改變水泵所需軸功率，由水泵的比例定律可知
流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比即
Q=K1×n （1）
揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比即
H=K2×n2 （2）
水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速n的立方成正比即
N=K3×n3 （3）
水泵的軸功率與流量和揚程的乘積成正比即
N=γ×Q×H/1000×η （4）
其中K1、K2、K3 為常數(shù)，η為水泵效率，γ為水重度。
從電機側(cè)用電流、電壓表測量三相交流電機輸出功率
Ng=√3 UICOS￠/1000 KW (5)
式中COS￠為功率因數(shù)，I為每相電流，U為每相電壓。
水泵軸功率和電機輸出功率關(guān)系
N= Ng×ηg×ηt （6）
式中ηg為電機效率，ηt為傳動效率
a采用變頻調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)流量
水泵的轉(zhuǎn)速由n１變?yōu)閚2時流量也由Q１變?yōu)镼2，揚程由H１變?yōu)镠2，水泵的軸功率也由N１=γ×Q1×H1/1000×η變?yōu)镹2=γ×Q2×H2/1000×η如圖1
陰影部分γ×（Q1×H1-Q2×H2）/1000×η即為水泵減少的軸功率消耗值。所以轉(zhuǎn)速越低，其節(jié)能效果越明顯。
b采用傳統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)流量保持水泵的轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)閥門開度，增加管網(wǎng)阻力，水泵的流量Q１變?yōu)镼2由于系統(tǒng)的阻力增加，此時阻力曲線由Ⅰ變?yōu)棰驌P程由H１變?yōu)镠2如圖2
此時水泵的軸功率一部分用來克服管道阻力而被浪費掉。
所以采用閥門調(diào)節(jié)水泵的流量時，雖然流量下降，但揚程卻上長升，水泵需要軸功率變化不大，此時水泵能耗降低很少。
C兩者節(jié)能比較
曲線Ⅰ、Ⅱ代表水泵的閥門在不同開度時阻力曲線，H（n１）H(n2)為同轉(zhuǎn)速時，水泵運行特性曲線。如圖3
可以看出，兩種不同情況下消耗軸功率：采用節(jié)流調(diào)節(jié)當(dāng)Q1－Q2時，軸功率Q1×H1與Q2×H2基本不變；采用變頻調(diào)節(jié)當(dāng)Q1－Q2時所需軸功率為Q2×H3比Q1×H1小的多即陰影部分，節(jié)能效果非常突出。
3、投資回收效益實例分析：
同一運行工況，節(jié)流調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)經(jīng)濟調(diào)節(jié)經(jīng)濟性比較。
1）、水泵采用節(jié)流調(diào)節(jié)時運行情況：熱網(wǎng)循環(huán)流量2500T/H此時閘閥出口開度為30%水泵揚程107米電機電流82.2A,由前面相關(guān)公式計算可得水泵消耗輸入功率為
N=9810×Q×H/3600×1000×η=1117KWH
用電流、電壓表測量三相交流電機輸出功率
Ng，= √3 UICOS￠/1000=√3×U×I×0.8=1140 KWH
N/ Ng×100%=98%兩種計算結(jié)果基本一致。
2）、采用變頻調(diào)節(jié)流量時情況：流量2500T/H此時頻率35HZ 水泵揚程48米,電機電流41A,由前面公式計算得水泵消耗輸入功率為：
N=9810×Q×H/3600×1000×η=556KWH
用電流、電壓表測量三相交流電機輸出功率：
Ng=√3 UICOS￠/1000=√3×U×I×0.8= 570KWH
N/ Ng×100%=97.5%
同樣是2500T/H熱網(wǎng)循環(huán)量用閘閥調(diào)節(jié)流量時，水泵所需功率為1117KW。而變頻調(diào)節(jié)時水泵所需功率為556KW。
如果按此負(fù)荷運行一個取暖期4368小時，少支出費用（1117－556）×4368×0.51=1249728元.即124.97萬元
通過已上分析，一個運行期節(jié)約的電費基本上收回1臺變頻器。節(jié)能效果十分明顯。
三、通過對變頻器的使用有幾點建議供同行借鑒——變頻器節(jié)能多少有幾點原則
1、變頻器要節(jié)電有一定條件，在不影響使用條件下適當(dāng)改變工況參數(shù)把不合理運行參數(shù)所消耗電能節(jié)省下來，就可做到從一般運行變成經(jīng)濟運行。
2、要節(jié)能一定要降低頻率，下降值越大，節(jié)電越多，不降低頻率，變頻器原則上是不能節(jié)電的。
3、與電動機負(fù)載率有關(guān)，負(fù)載率低相應(yīng)節(jié)電率高些。
4、與電機本身功率大小有關(guān)，功率大的節(jié)電量大，經(jīng)濟效益就大。
四、總之變頻器使用有三大優(yōu)勢
１、對電動機實現(xiàn)節(jié)能。
２、對電動機實現(xiàn)無級變速，系統(tǒng)性能穩(wěn)定工作可靠操作簡便,故障率降低.
３、 對電動機實現(xiàn)軟起動、軟制動，無沖擊電流或機械沖擊，減少高速時產(chǎn)生噪聲、振動、損耗。
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