自動(dòng)旁路型ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在冶金行業(yè)的應(yīng)用———攀成鋼循環(huán)水泵高壓變頻上的成功應(yīng)用
攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵有限責(zé)任公司總水站采用廣州智光電機(jī)有限公司的一臺(tái)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(yùn)。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(hù)簡(jiǎn)介
攀鋼集團(tuán)成都鋼鐵有限責(zé)任公司是由攀鋼集團(tuán)成都無(wú)縫鋼管有限責(zé)任公司和成都鋼鐵廠(chǎng)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(cè)成立。公司經(jīng)營(yíng)范圍涵蓋無(wú)縫鋼管、棒線(xiàn)材等冶金產(chǎn)品生產(chǎn)、銷(xiāo)售，冶金設(shè)備設(shè)計(jì)制造、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)和汽車(chē)運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)。目前具備鐵150萬(wàn)噸、鋼180萬(wàn)噸、鋼材170萬(wàn)噸的年生產(chǎn)能力，是目前國(guó)內(nèi)品種規(guī)格最齊、生產(chǎn)規(guī)模最大的無(wú)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(yùn)輸、機(jī)械制造、建筑及軍工等領(lǐng)域，產(chǎn)品出口多個(gè)國(guó)家。
2、改造項(xiàng)目介紹
此項(xiàng)目是攀鋼集團(tuán)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(tái)560KW 6KV高壓電機(jī)并聯(lián)供水，新廠(chǎng)初期用水量比較小，主要提供軋鋼用水，啟動(dòng)一臺(tái)560KW高壓水泵已能夠滿(mǎn)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2340～2200 m3/h，揚(yáng)程63.5～77m；電機(jī)的參數(shù)以及采用工頻運(yùn)行時(shí)的參數(shù)如下：
電機(jī)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(yùn)行時(shí)：管網(wǎng)水壓調(diào)節(jié)為4.5公斤
回流水閥門(mén)開(kāi)度約為70%～80%
輸出功率：510 KW
輸出電壓：5980 KV
輸出電流：55 A
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(duì)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，達(dá)到恒壓供水的目的。高壓水泵電機(jī)若采用工頻運(yùn)行時(shí)，根據(jù)用水量的大小變化，采用調(diào)節(jié)回流水閥門(mén)開(kāi)度可調(diào)節(jié)供水壓力。工頻運(yùn)行時(shí)，回流水閥門(mén)采用人工調(diào)節(jié)，用水量要求變化較大時(shí)，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(mén)調(diào)節(jié)頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)閥門(mén)故障。
由于采用回流閥進(jìn)行控制，導(dǎo)致回流的水量浪費(fèi)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(hù)決定采用變頻改造，使用變頻器進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。這樣既保證了水泵出水量滿(mǎn)足了工況需要，管網(wǎng)壓力保持穩(wěn)定；同時(shí)也節(jié)約了大量能量。
3、項(xiàng)目改造方案
用戶(hù)提出為防止變頻器檢修或故障對(duì)供水系統(tǒng)運(yùn)行的影響，配置自動(dòng)工頻旁路。為避免旁路切換時(shí)的擾動(dòng)沖擊，由變頻運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行方式時(shí)，要求不停機(jī)條件下，采用手動(dòng)／自動(dòng)切換到工頻電源的功能，能在變頻故障條件下電動(dòng)機(jī)可不通過(guò)變頻器經(jīng)旁路直接啟動(dòng)。因此該系統(tǒng)配置了自動(dòng)旁路柜，并采用一拖二的控制方式，采用手動(dòng)切換可分別拖動(dòng)兩臺(tái)水泵運(yùn)行，保證設(shè)備利用率和恒壓供水。
自動(dòng)旁路柜：該高壓變頻器系統(tǒng)配備自動(dòng)旁路柜，用戶(hù)根據(jù)要求可選擇“手動(dòng)旁路”或“自動(dòng)旁路”，自動(dòng)旁路柜的接線(xiàn)方案如上圖所示：
其中QS是用戶(hù)高壓開(kāi)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(dòng)隔離刀閘。刀閘K1、K2、K3、K4無(wú)機(jī)械閉鎖功能，只是在檢修時(shí)由手動(dòng)斷開(kāi)以形成明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，確保工作人員的安全，在工頻和變頻運(yùn)行狀況下均處于閉合狀態(tài)。工頻旁路接觸器J3與變頻進(jìn)線(xiàn)接觸器J1、變頻出線(xiàn)接觸器J2具備電氣閉鎖功能，不能同時(shí)閉合。變頻運(yùn)行狀態(tài)，J1、J2閉合，J3斷開(kāi)，由變頻器控制電機(jī)；在工頻狀態(tài)，J3閉合，J1、J2斷開(kāi)，直接開(kāi)關(guān)柜輸入6KV電壓運(yùn)行電機(jī)。實(shí)現(xiàn)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)變頻器可以由變頻狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl狀態(tài)的功能。
一拖二方案：變頻器通過(guò)K5的切換來(lái)選擇變頻器控制的對(duì)象。這種一拖二的控制方式在某臺(tái)電機(jī)故障的情況下仍然能夠采用變頻器控制電機(jī)運(yùn)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(yùn)行時(shí)，回流水閥門(mén)全關(guān)，變頻器能夠根據(jù)管網(wǎng)水壓反饋信號(hào)的變化自動(dòng)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率，保持供水水壓穩(wěn)定，降低了管網(wǎng)的損耗。
后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)：高壓變頻器與后臺(tái)進(jìn)行RS485通信，后臺(tái)畫(huà)面可顯示高壓變頻器的所有運(yùn)行狀態(tài)，包括運(yùn)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(shí)可監(jiān)視各種報(bào)警量和故障量。
4、項(xiàng)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(yùn)行數(shù)據(jù)如下：
平均運(yùn)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(jiàn)工頻運(yùn)行時(shí)，在軋鋼用水量少時(shí)，為了保持水壓穩(wěn)定在4.5公斤，回流水閥門(mén)開(kāi)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(fèi)。
變頻運(yùn)行調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速與工頻運(yùn)行調(diào)節(jié)回流水閥門(mén)開(kāi)度比較，進(jìn)行計(jì)算：
年平均運(yùn)行天數(shù)：300天/年
當(dāng)?shù)仄骄妰r(jià) ：0.4元/kWh
工頻運(yùn)行功率 ：510 KW
變頻運(yùn)行功率 ：100 KW
年節(jié)能費(fèi)用 ：（510—100）×24×300×0.4=118萬(wàn)元
