电厂供水系统中变频节能技术应用

电厂供水系统中变频节能技术应用

程思思

大唐河北发电有限公司马头热电分公司,河北省邯郸市056044

摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，变频调速是电厂供水系统节能降耗的有效措施，本文介绍变频器工作原理，采用人工调频和定值闭环控制方法，选型应遵循电机额定功率和额定电流，提出变频控制系统改造的注意问题，分析变频经济效益。

关键词：变频原理；控制方法；一般算法；改造注意事项；效益分析

引言

在建筑生活给水系统中，变频供水是一项重要的技术，它具有自动化程度高、输水水压稳定、对水质的影响较小，可以根据用水量大小自动调节，从而节约电能，且维护管理方便的特点，因而得到了广泛应用。若对变频设备的工作原理了解不透彻，选用不当，不但难以发挥设备应有的使用性能，还会造成电能的浪费，增加投资成本，达不到预期效果。因此，有必要先了解变频给水技术的原理、节能效果和对水泵特性的影响，然后根据生活给水系统的用水特性、规模、水质特点以及投资成本等综合考虑选用变频设备。

1应用意义

电厂泵和风机在电厂的应用中具有重要的基础地位，为了实现城市生活和生产的正常运行，电厂泵和风机通常都是处于全天工作的状态。这就造成了直接的能量损失，在没有相关设备的运行和使用中，电厂泵和风机就会做出较多的无用功。并且，电厂泵和风机为了实现安全的工作方式，往往都是采用较大的功率进行运转，那么当相关设备连接使用的较少时就会造成能源的浪费使用。近年来，通过变频技术的使用，能够根据工厂和生活的使用情况，进行自动化控制，在一定的工作能源供应中，进行及时的更换与调节频率，避免能量的超额供应，实现了能源的高效应用。

2电厂供水系统中变频节能技术应用

2.1变频调速的基本原理

1）人工调频本阶段完成后，变频器控制工艺过程的人工调速成为更方便有效的控制途径，改变原有调节出口阀门开度调整流量的硬性调整方式。用变频器控制水泵供水，由人工根据管网所需流量调节变频器频率，可以精确定量，使供水调度水量配给调控简单易行。这些应用是变频器的基本功能，使用变频器出厂参数，在变频器安装完成后，直接调节频率即可实现。2）定值闭环控制应用阶段利用变频器的PID或PI功能实现工业过程的闭环控制，并使被控制量（流量、压力等）保持恒定。此构成方案不依靠单片机、PLC或PID调节器等控制设备，而是直接将供水流量（流动电流检测信号）或压力信号直接输入变频器中，由变频器将其与设定压力值比较，并通过内部的PID或PI算法控制水泵转速，达到流量或压力恒定。发电厂消防水系统和城市自来水系统均采用此种方案。其优势变现在于：（1）采用变频器闭环控制，可按需要进行软件组态并设定压力进行PID调节，使电机输出功率随压力的变化而变化，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动，减少了振动、噪音和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，提高了设备的平均故障维修时间值，并减少了对电网的冲击，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。

2.2运行方式

低负荷时，单台风机和双台风机运行，风机转速低，保持恒定出口压力、恒定小流量运行；负荷升高时，由于空气量的消耗，风机出口压力下降，此时PLC检测到压力下降信号，通过变频器提高风机转速，恒压向锅炉送风。

2.3设备配置及其功能

变频系统的主要设备包括变频器、可编程控制器（PLC）、变频柜等。改造后，除具有变频器的变频调节功能外，还具有以下5种功能。1）通过压力和流量信号自动调节转速；在控制屏上安装手动装置，通过手动调节电动机转速，并在就地控制屏上安装转速表；实现电动机转速自动和手动调节的手动转换。2）机组负荷低于50%时，单台风机运行。3）当机组负荷超过50%时，变频系统能自动切换成双台风机运行，恒压向锅炉鼓风。4）实现对电动机运行的欠压、过流、缺相、过载、短路、失速等保护功能。5）3台鼓风机故障停机自动连锁，并在连锁解除的情况下，能实现单台风机的启停。

2.4转速控制法

在保持阀门开度不变(一般为最大开度)的情况下，供水流量的大小可以考虑采用改变水泵的转速来实现，满足用户对水量不同的需求。水泵的转速发生改变，管阻特性保持不变，但Q—H特性曲线会跟着一起发生变化。假设到达用户的流量为额定流量的60%，即Qx=60%Qn，可以通过降低水泵的转速实现。此时，管阻特性曲线没有发生改变，仍然是曲线②，但是Q—H特性曲线改变为曲线④，两线的交点在C点，即工作点移到C点，其流量大小降到QE(等于Qx)，扬程也降到HC，此时，供水功率PC和ODCK面积之间成正比关系。

3变频控制系统改造的注意问题

1）工况点特性曲线的改变水泵节能离不开工况点的合理调节。其调节方式不外乎以下两种：管路特性曲线的调节，如关阀调节；水泵特性曲线的调节，如水泵调速、叶轮车削等。在节能效果方面，改变水泵性能曲线的方法，比改变管路特性曲线要显著得多。因此，改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显，因而应用广泛。但同时应该引起注意的是，影响变频调节节能效果的因素很多，如沿程压力损失及局部水头降低等参数的选取设定。2）变频调速范围的设定水泵调速一般是减速问题。当采用变频调速时，原来按工频状态设计的泵与电机的运行参数均发生了较大的变化，另外如管路特性曲线、与调速泵并列运行的定速泵等因素，都会对调速的范围产生一定影响。超范围调速则难以实现节能的目的。因此，变频调速不可能无限制调速，一般认为，变频调速不宜低于额定转速50%，最好处于75%-100%，并应结合实际经验计算确定。3）水泵并联运行的影响实践中，供水系统往往是多台水泵并联供水。由于投资昂贵，不可能将所有水泵全部调速，所以，一般采用调速泵、定速泵混合供水。在这样的系统中，应注意确保调速泵与定速泵都能在高效段运行，并实现系统最优。此时，定速泵就与之并列运行的调速泵的调速范围产生了较大的影响。同型号水泵一调一定并列运行时，虽然调度灵活，但由于无法兼顾调速泵与定速泵的高效工作段，因此，此种情况下调速运行的范围是很小的。4）散热方式问题由于智能高压变频器调速系统的独特结构设计，具有环境温度适应范围宽的特点，现场可只采用房间顶部原有的轴流风机进行散热，无需加装风道和空调。但在实际运行中，由于变频器为近年改造安装，电子设备对环境温度、湿度、灰尘等要求较高，一般均应装设在封闭较好并能有效控制环境温度的房间内，以达到完全满足安全运行的要求，需另行投资。

结语

采用变频调速技术后，由于电机、风机的转速普遍下降，减少了机械摩擦，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费，同时也降低了风机的噪音。采用变频调速后，电机可以软起动，起动电压降减少，大幅度减少了对电网的冲击。采用变频调速装置时，需明确所有风机应同时参与变频调节，并对有关资料进行分析核对，确保电网的安全可靠。

参考文献

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[2]闫佳，王辉.电厂泵与风机系统中变频技术应用的节能研究[J].硅谷，2012（12）：133.

[3]薛原.变频技术在重庆发电厂烟风系统节能改造中的研究与应用[D].重庆：重庆大学，2012.