1前言

　　廣西信發(fā)鋁電有限公司是山東信發(fā)集團實施“走出去”戰(zhàn)略，在廣西百色靖西投資興建的一家集發(fā)電、礦山、氧化鋁、碳素、鋁深加工等產(chǎn)業(yè)于一體的現(xiàn)代化企業(yè)。集團總公司山東信發(fā)集團始建于1972年，現(xiàn)有總資產(chǎn)800余億元，廣西信發(fā)鋁電有限公司一期工程包括3×155MW發(fā)電機組、160萬噸氧化鋁、16萬噸電解鋁礦山的選礦、洗礦等輔助工程。

　　廣西信發(fā)鋁電有限公司氧化鋁(一期)的循環(huán)水系統(tǒng)配置4臺水泵，根據(jù)季節(jié)不同，氣溫差異開啟兩臺或三臺循環(huán)水泵，對氧化鋁有關(guān)生產(chǎn)設(shè)備進行冷卻。由于水泵機組密封、機組效率、季節(jié)性溫差等原因，往往是為了保證生產(chǎn)冷卻需要，通常存在循環(huán)水系統(tǒng)開兩臺流量不夠，開三臺流量過大的情況，夏季運行流量卻不足等現(xiàn)象，這就無法保證水泵機組的長期經(jīng)濟穩(wěn)定運行，無法實現(xiàn)循環(huán)泵的功耗跟生產(chǎn)負荷隨機調(diào)整，循環(huán)泵能耗居高不下。在保證生產(chǎn)冷卻的同時減少循環(huán)水浪費、節(jié)約電耗即循環(huán)水泵改造的目的。

　　為了降低循環(huán)水泵的用電，提高水泵的運行效率，在2011年廠技改項目中，信發(fā)鋁電公司氧化鋁廠領(lǐng)導(dǎo)決定在循環(huán)水泵上采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2套1120 kW /10kV高壓變頻器對1#～4#循環(huán)水泵進行調(diào)速改造。

　　2 改造設(shè)備現(xiàn)場參數(shù)

　　循環(huán)水泵主要負責(zé)分解槽的板式換熱和精液降溫，并為分解槽和立下軟水系統(tǒng)，真空泵系統(tǒng)提供用水。通過涼水換熱后的回水進行降溫重新利用。循環(huán)水工藝流程如圖1所示。

　　循環(huán)水泵房配置4臺完全相同的循環(huán)泵，根據(jù)生產(chǎn)需要添加或減少投入的水泵數(shù)量。現(xiàn)場設(shè)備如圖2所示，設(shè)備詳細參數(shù)如表1、表2所示。

　　3 循環(huán)水泵節(jié)能原理

　　根據(jù)水泵的壓力-流量特性曲線按照工藝要求實現(xiàn)變速變流量控制，是節(jié)電的有效方法。

　　按照電機學(xué)的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：

其中p為電機極對數(shù)，f為電機運行頻率，s為滑差。

從式(1)看出，電機的同步轉(zhuǎn)速正比于電機的運行頻率由于滑差s一般情況下比較小(0～0.05)，電機的實際轉(zhuǎn)速約等于電機的同步轉(zhuǎn)速。從所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率，就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速，進而控制水泵流量的大小。

　　水泵功率與轉(zhuǎn)速有下列三次方關(guān)系：

　　其中P為水泵消耗功率，KP為功率常數(shù)，n為電動機拖動水泵的轉(zhuǎn)速。

　　由式(1)和式(2)，得式(3)：

　　根據(jù)式(3)可以計算出：當(dāng)頻率從50Hz降至45Hz時，可節(jié)約水泵能耗27%左右。

　　更直觀的水泵工作曲線圖如圖3所示，泵的軸功率與流量和揚程有以下關(guān)系，P∝KQH，Q為流量，H為泵出口壓力。由于循環(huán)水泵受管道阻力影響較小，在出口壓力基本恒定的情況下，轉(zhuǎn)速降低，流量降低，使泵的輸出功率減小。這種情況下節(jié)能效益比恒壓供水要顯著得多。圖3中陰影部分為節(jié)能功率。

　　4 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

　　2007年9月，風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號，山東新風(fēng)光是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。

　　JD-BP38-1120F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)如表3所示。

　　5 變頻改造控制方案

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)操作方面，有遠程控制和本地控制兩種控制的方式，這兩種控制方式可提高系統(tǒng)的安全性能。通過目前氧化鋁廠已有的DCS對高壓變頻器運行狀態(tài)進行監(jiān)控，通過遠控和本地對變頻器進行控制，遠控盒如圖4所示，具有以下功能：開機、停機、急停、變頻運行指示、變頻停止指示、變頻故障、頻率指示及電流指示，并可在DCS上顯示變頻器的運行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行。

　　為了保證循環(huán)水泵系統(tǒng)的可靠性，變頻器裝置具有工頻手動旁路裝置，當(dāng)變頻器發(fā)生故障，停止運行時，在確認水泵及電機沒有故障的情況下，電機可以手動切換到工頻下運行，這樣可以保證循環(huán)泵的供水要求，提高了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

　　循環(huán)水泵變頻系統(tǒng)具有如下特點：為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時，由于變頻器的控制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS繼續(xù)運行，不會停機;在現(xiàn)場速度給定信號掉線時，變頻器提供報警的同時，可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運行，維持機組的工況不變;變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時，變頻器可將故障單元旁路，降額繼續(xù)運行，減少突然停機造成的損失，如果變頻器出現(xiàn)3個以上的故障單元，當(dāng)前水泵可轉(zhuǎn)工頻運行，可保證生產(chǎn)不受影響。

　　6 變頻改造主回路介紹

　　氧化鋁循環(huán)水泵系統(tǒng)變頻改造采用1#、2#水泵共用一套高壓變頻器，3#、4#水泵共用一套高壓變頻器。高壓變頻器采用一拖二手動旁路方案，即配備兩臺高壓變頻器。以1#、2#水泵為例說明其控制思路，其一次系統(tǒng)接線圖路如圖5所示，通過切換高壓隔離開關(guān)把高壓變頻器切換到要運行的水泵上去。如圖所示高壓變頻器可以拖動1#給水泵電動機實現(xiàn)變頻運行，也可以通過切換拖動2#給水泵電動機實現(xiàn)變頻運行。兩側(cè)給水泵電動機均具備工頻旁路功能。

　　QF1和QF2分別為現(xiàn)場1#和2#循環(huán)水泵電源高壓斷路器;

　　QS11和QS21分別為1#、2#循環(huán)水泵電源高壓隔離開關(guān);

　　QS12、QS22、QS13、QS23為變頻器旁路開關(guān)柜高壓隔離開關(guān);

　　變頻器為風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器。

　　高壓變頻器控制電機為一拖二控制，旁路開關(guān)柜用于工/變頻切換。QS11和QS21為2個高壓隔離開關(guān)，變頻器運行時，要求QS11和QS21同時閉合。QS12閉合，QS22斷開，QS13斷開，1#水泵變頻運行;QS12斷開，QS13閉合1#水泵工頻運行;QS22閉合，QS12斷開，QS23斷開，2#水泵變頻運行;QS22斷開，QS23閉合，2#水泵工頻運行;其中，QS12與QS13、QS22實現(xiàn)電氣互鎖，QS22與QS23、QS12實現(xiàn)電氣互鎖;將控制柜“遠控/本控”開關(guān)打至“遠控”位置，將相應(yīng)水泵斷路器“就地/遠方”開關(guān)打至“遠方”位置，可實現(xiàn)水泵的遠控操作。

　　7 循環(huán)水泵電機變頻注意事項

　　(1)目前，1#、2#電機共用一臺變頻器，3#、4#電機共用一臺變頻器。

　　(2)每次起泵、倒泵前電話通知電氣值班人員電話、確認哪臺電機使用哪臺變頻器。

　　(3)開機：每次變頻啟動電機確認給定最小頻率35Hz后方能啟動，待電機轉(zhuǎn)速達到35Hz后手動把電磁閥門打開，直到全開后，把電磁閥手動開關(guān)轉(zhuǎn)到自動，再把水泵頻率開到生產(chǎn)所需的頻率。

　　(4)停機：先把電機運行頻率降到35Hz以下，看電磁閥門是否關(guān)閉，確認電磁閥門完全關(guān)閉后再點“停機”按鈕，把設(shè)備完全停下來。

　　8 現(xiàn)場設(shè)備改造測試節(jié)能效果

　　循環(huán)水泵變頻改造后，2011年6月，兩套高壓變頻器一次性投入生產(chǎn)，至今運行正常。變頻器現(xiàn)場運行如圖6所示。經(jīng)過廠節(jié)能服務(wù)中心測試，系統(tǒng)達到了預(yù)期的效果。水泵變頻改造后，循環(huán)水泵輸入電流有明顯下降，設(shè)備實現(xiàn)了軟起動，改善了設(shè)備的運行工況，極大地減輕了設(shè)備起動時對供配電系統(tǒng)的沖擊。改造后的實際測量數(shù)據(jù)如表4所示。

　　為了對比改造前后的節(jié)能效果，在生產(chǎn)負荷基本相同的條件下，當(dāng)工頻運行時，原系統(tǒng)為1#、2#、4#循環(huán)水泵投入運行，經(jīng)統(tǒng)計三臺泵總的耗電量平均約為3300kW/h。當(dāng)變頻運行時，此時設(shè)備1#、4#循環(huán)水泵為變頻運行，2#循環(huán)水泵為工頻運行(全開閥門)，3#循環(huán)水泵作為備用。抄錄分解循環(huán)水耗電計量表數(shù)據(jù)如表5所示。

　　變頻耗電=692.6+1100.57+697.7=2490.87kW/h

　　節(jié)電量=原工頻耗電-變頻耗電=3300-2490.87=809.13kW/h

　　節(jié)電率=節(jié)電量/原工頻耗電=809.13/3300=24.5%。

　　另外循環(huán)水泵變頻改造后，具有軟啟動、軟停止;提高了機組水泵的運行效率;現(xiàn)場噪音大大降低，有效改善現(xiàn)場的運行環(huán)境，操作人員反映良好;便于實現(xiàn)廠循環(huán)水泵機組控制系統(tǒng)自動化管理。

　　9 結(jié)束語

　　經(jīng)過國內(nèi)變頻器廠家的不斷努力，國內(nèi)變頻器產(chǎn)品以其性能良好，性價比高，良好的本地化服務(wù)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并且綜合效益顯著，能短期內(nèi)為用戶收回投資。隨著國家對節(jié)能減排工作力度空前加大，變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊，已迎來歷史黃金發(fā)展時期。