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．概述
风机水泵类负载多是根据满负荷工作需要用量来选型，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，由于交流调速电机很困难。通常工业锅炉上的鼓风机、引风机、给水泵都是电机以定速运行，再通过改变风机入口的档板开度来调节风量；通过改变水泵出口管路上的调节阀开度来调节给水泵。而风机和水泵的大特点是负载转矩与转速的平方成正比，而轴功率与转速的立方成正比，如将电机的定速运转改为根据需要的liuliang来调节电机的转速就可以节约大量的电能，也可以容易实现闭环恒压控制，节能效果将tigao。
现将株洲某化工厂设计和实施的一台35t/h工业锅炉的变频调速系统改造项目作一介绍。
二．锅炉系统构成
控制系统总体构成如图一所示，图中传感变送仪表将锅炉的特种工艺参数变换成4—20MA/DC电流信号，送至变频器、控制器能完成数据采集，回路控制等功能。其中鼓风机、引风机、炉排机变频器受燃烧控制系统的控制，给水泵变频器受汽包水位的控制。控制器的输出信号将控制相关的变频器输出频率，以达到稳定工况及tigao锅炉热效率和节能目的。
变频器频率设定信号采用4—20MA/DC电流信号，在控制器与每台变频器之间装有一台小型自动切换操作器，该操作器输入输出均为4—20MA/DC，具有手动、自动、强制手动三种工作方式。变频器的正转信号由一开关控制、并装在操作台上，控制变频器的启动、停止及调节其输出频率是很方便的。此处还用变频器来调整两台皮带输渣机的速度。
壹台锅炉共使用了六台传动之星Y系列一体化智能变频器和二台G系列高性能通用型变频器。
其中Y系列一体化智能变频器如下图二所示，它的功能特点是：
A。结构紧凑，外形美见；
B。具有节电、市电和停止三位锁控开关，便于转换及管理；
C。变频器发生故障时，可自动切断电源，转换到工频运行；
D。具有键盘锁定功能，防止误操作；
E。高可靠性。市电/节能运行双回路安全设计，具有自动复位、掉电复位功能。
G系列高性能通用型变频器功能特点如下所示：
A．采用独特的空间电压矢量调制方式；
B．独有的载频和死区补偿技术，实现完美的电流波形；
C．超静音优化设计，降低电机噪音；
D．内置简易PLC；
E．内置RS485/RS232通讯接口，可联机控制。
三．系统各部分变频改造介绍
1．鼓风机和引风机
鼓风机为45KW两台，选用45KW Y系列一体化变频器2台。
通过炉膛中烟气氧量变送器传输的电流信号，控制鼓风机转速，保障烟气氧量稳定在燃料燃烧要求的佳范围，达到节电和节煤双重效果。
引风机为93KW两台，选用93KW Y系列一体化变频器2台。
使锅炉处于负压状态，不仅为炉膛内的燃料燃烧达到佳的风煤比提供了基础条件，不使炉膛吸入过多的冷空气和烟道排出过多热量，还避免了由于人工操作不当和维护不及时引起的人身和设备事故。
为了保证锅炉的安全运行，工业锅炉都设置有联锁保护电路，即电气联锁保护、工艺参数锁保护。前者在锅炉启、停时，保证引风机先于鼓风机启动而晚于鼓风机停止运行，以防误操作时炉膛正压喷火，危及人身安全，及粉尖外喷影响环境卫生；后者在汽包水位或汽包压力超标时，自动停止鼓、引风机，迅速减弱燃烧，以确保锅炉的安全。
鼓、引风机启动的相互联锁保护电路，是利用变频器的频率水平检测来实现的，即先启动引风机，当引风机转速高于某一设定值频率时，输出有效信号起作用，使Y1端子输出为ON，（并对F0-44号参数设为7）才允许鼓风机启动，如图三所示：为避免炉膛正压喷火，可将鼓风机变频加速时间设定比引风机加速时间长一些；停机时，将鼓风机变频的X1与COM短接，（并对F0-046号参数设为1）输入了空转命令，鼓风机输出马上为OHZ，鼓风机马上停机，而引风机则按原设定的减速时间慢慢停下来，工艺参数超标时与仪表相联的继电器动作，在报警的还断开鼓、引风机的正转运行信号，使鼓、引风机停机，停机过程同上，不再详述。
2．给水泵
给水泵两台30KW，选用30KW Y系列一体化变频器2台。
采用一拖一带工频旁路，一台运行一台备用的方式，如图四所示：给水泵是向锅炉提供足够的软化水，使锅炉液面保持一定的高度，多采用恒压控制或恒液位控制，使液面不随蒸发量的变化而改变。频率设定信号为4—20MA/DC并联接至变频器，这比串联接线的可靠性要高，并且取消了常规启动柜和电动调节阀。
当工业锅炉的给水泵采用变频调速时，存在一个事故隐患，但往往被忽视。自动给水系统输出的电流信号，作为给定频率信号，通过变频器对水泵转速进行控制，以达到调整给水liuliang来稳定汽包水位之目的。在生产过程中，如果自控系统断电或控制无输出信号及变频器出故障，将使变频器输出频率为0HZ，使给水泵停转中断给水，这对锅炉安全是极不利的，应采用取一定措施，以避免断水事故的发生。监测自控系统供电及控制器和操作器是否正常呢？
直观的方法是监测输入至变频器的4—20MA/DC电流信号的有无，失常时通过监测电路将给水变频器的X1与COM接通，如给水泵控制示意图五所示，变频器设定的段速度运行（50HZ），此前应对F0-046、047、048号参数进行设置，这不保证了锅炉供水不中断，另一个方法是对变频器的频率设定信号进行控制，在正常时用电流设定（4—20MA/DC），异常时自动改用电压设定。即增设一只位器，在异常时用其来调整变频器的输出频率。此时，使用X4端子功能，并对其FO-049号参数进行设置。仍靠上述的监测电路来控制X4-COM通断来达到目的。（具体的一些参数设置请参照传动之星说明书）
对于给水泵变频器加速时间的设定，应在保证供水的前提下，尽量长一点，这样对工艺管道有利，因为这可以克服水泵加速过快时的“水锤效应”和减速过快时的“空化现象”。
3．炉排及输渣机
选用7.5KW和5.5KW G系列高性能通用型变频器各一台。
输渣机按常规50HZ运行时，皮带运行时，皮带运行速度太快，况且有时皮带上还没有煤渣，这样皮带磨损很大，需要经常更换皮带。煤渣多与少还与使用的煤质有很大的关系，采用变频器后即可以降低皮带输渣机的运行速度，又可以根据煤渣多少来改变皮带运行速度。实施中，我们采用低于50HZ的固定频率运行方式，即将变频器上限频率设定为某一频率（本例中为25HZ），这样皮带运行速度仅为常规运行方式的50%，大大减少了皮带的磨损。如果在这一速度下运行时出现煤渣过多，可将速度适当加快。由于这样的情况不经常发生，故采用重新设置变频器上限频率方式进行，或通过变频器键盘的▲、▼键来调整频率。
正常操作时，一般不轻易切断变频器的主电源，停炉时间较短时，钮下变频器正转信号即可，只有长时间停炉及检修时才切断变频器主电源，并在操作台上设计有变频器跳闸的声光报警信号及变频器复位按钮。
四．应用效果
通过对变频器在工业锅炉上的应用，采用变频器控制具有以下诸多优点：
1．采用变频器控制电机的转速，档板和调节阀的机械磨损、卡死等故障将不复存在，节电效果显著；
2．采用变频器控制电机，实现了大电机的启软动，平滑启动及转机转速下降，避免了对电网的冲击，减少电动机故障率，延长了使用寿命；
3．电机将在低于额定转速的状态下运行，降低了噪声对环境的影响；
4．具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；
5．安装比较方便，不用破坏原有的配电设施及环境；
6．自动控制炉膛负压，减少人工操作因素；
7．采用工业上流行通用的工控机和触摸屏，可以显示整个控制系统的运行情况，包括温度、压力、liuliang等其它参数；
为了节约电能，tigao锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系统取代低效高能耗的风门档板，已成为各锅炉使用单位企业节能改造的重点。
1 引言
英那河水源泵站位于庄河市的英那河水库下游400m处，在大连市的东北部，距市中心180km。英那河泵站是大连市引英入连供水应急工程的头部工程，通过水泵加压经109.18km的DN1800钢管输水至洼子店受水池，以解决大连市城市居民生活及工业用水紧张的局面。泵站扬程H=109.45m，水库低水位为60m，水库多年平均水位为73.80m，正常高水位为79.10m。水库水位高差为13.80m,为了充分利用水库位能，以降低运转费用，达到节约能源的目的，确定英那河水源泵站水泵采用变频调速设备。 泵站分两期建设，一期供水规模33 万吨/日，水泵3台，2 用1备，2台工作泵配套电机功率为2750kW，采用变频调速装置;备用泵配套电机功率为2800kW，不调速;系统额定电压为10kV。 二期供水规模25万吨/日，再上2台泵，配套电机功率为2750kW，2台都采用变频调速装置。
2 几个公司变频器的性能比较 变频调速装置根据输出电压的调节方法分为2种: （1） 改变脉冲宽度比例的调节方法，称为PWM脉宽调制方法 （2） 改变输出电压幅值的调节方法，称为PAM脉冲幅值调制方法 近10几年来，随着高电压、大容量全控型器件的发展，在水泵类的调速应用上脉宽调制方法的变频调速装置已基本上占据了主导地位。只对采用PWM脉宽调制方法的变频调速装置进行了调研，也向一些专家进行了咨询。调研的对象主要是针对几个在中国市场上销售的公司和有特色的公司。笔者根据调查、研究和应用实践，对其产品的性能及应用作出了比较。 2.1 Siemens公司的高压IGBT三电平大容量变频器（SIMOVERT MV） Simovert MV电压源型系列变频器采用了基于电压空间矢量调制原理的三电平技术，高性能矢量控制（VC）技术以及全数字无速度传感器控制技术。变频器的整流部分是由2个功率相同的三相整流桥系统组成，形成12脉冲，从而保证网侧电源反馈谐波较小，并使电机受到较小的冲击。变频器的逆变部分是由IGBT和钳位二极管形成的三电平的电压源逆变器。原理接线见图1。
主要技术特点为:输入侧设置变频传动变压器，三卷变压器二次侧分别采用Δ/Δ/Y接线，等效12脉冲整流使得电源输入侧谐波大为降低，在逆变器侧采用了大功率半导体全控器件－高压IGBT，逆变器采用三电平PWM控制。变频传动变压器与变频器柜是分体的，功率元件是HV-IGBT，输出频率范围是0～150Hz。冷却方式:风冷水冷可任选。 不足之处:输出电压特性具有低谐波分量，当与Siemens生产的电机配套使用时，可直接应用，在选用其他厂商生产的电机时，需要一个输出滤波电抗器。IGBT具有快速的开关性能，但在高压变频中其导通损耗大，变频装置的发热是个不能轻视的问题，大容量的变频装置应采取强排风措施。 2.2 ROBICON公司采用低压IGBT的多重式、多级串联高压变频器 主要原理是利用输入隔离变压器得到多组低压工频电压，采用多级低压小功率IGBT的PWM变频单元，分别进行整流、滤波和逆变，串联叠加得到高压三相变频输出。罗宾康采用功率单元串接的新型结构方式,将几个低压的PWM功率单元串接组成中、高压变频器，较好的解决了一般6脉冲或12脉冲变频器不可避免的谐波干扰问题，这样无需额外加装消谐滤波装置，也可选用国产普通电机，这样将tigao性能价格比。原理接线见图2。 主要技术特点为:电源侧谐波非常小，对电网污染很小，由于采用了多重化的脉宽调制技术，输出谐波更小，几乎可认为是正弦波，称作完美无谐波，不用考虑因谐波引起的转矩脉动及电机发热、噪音问题。采用多重化的技术，使用功率元件的数量大为增加。功率单元可选择旁路，可让用户在一个功率单元故障的情况下继续运行变频，无需马上停机。输入隔离变压器（干式变压器）与变频器的功率单元柜可并柜，功率元件是LV-IGBT，功率元件的电压等级是690V。输出频率范围是0～150Hz。 不足之处:使用的功率单元及功率器件数量相比比较多，可能故障的环节就相对的多一些，可靠性比使用功率元件的数量少的差，如果处理不及时，易造成功率元件“雪崩”似的故障。采用风冷时，噪声比较大。 对电机绝缘没有特殊要求，可适用于任何电机，而不用配置输出滤波电抗器。
2.3 北京利德华福公司采用低压IGBT的单元串联多电平高压变频调速器（HARSVERT） 原理与ROBICON基本相同。该公司是依托清华大学国家重点实验室的技术基础进行开发、研究、生产变频器的。 主要技术特点:与ROBICON基本相同，二者电路结构大同小异。只是他们采用的IGBT功率元件的耐压不同，所用的逆变器数量也不同。适配电机额定电压可达10kV。目前，生产输出电压为10kV的变频装置的公司比较少，因国外3kV电压等级用的较多，他们可能不太注重开发10kV2.3 北京利德华福公司采用低压IGBT的单元串联多电平高压变频调速器（HARSVERT） 原理与ROBICON基本相同。该公司是依托清华大学国家重点实验室的技术基础进行开发、研究、生产变频器的。 主要技术特点:与ROBICON基本相同，二者电路结构大同小异。只是他们采用的IGBT功率元件的耐压不同，所用的逆变器数量也不同。适配电机额定电压可达10kV。目前，生产输出电压为10kV的变频装置的公司比较少，因国外3kV电压等级用的较多，他们可能不太注重开发10kV矩控制专利技术，直接转矩控制（DTC）是交流传动中佳的电动机控制方法，可以对电动机所有的关键变量进行直接控制。
不足之处:IGCT元件需要的触发电路要比IGBT元件所需要的触发电路复杂、触发功率大。当适配电机功率超过1800kW时，变频装置需要采用水冷，整套设备占地面积比较大。因对冷却循环水的水质有要求，要加一套净化水设备。实际上，运行人员更习惯于用风冷，也更喜欢用风冷。由于IGCT器件耐压的限制，某些型号的三电平变频器至今尚无输出电压6000伏规格的产品。 表1为4家中压大容量变频装置特性比较。
3 结论 综合各方面因素，经过招标，后采用的是SIEMENS变频装置（6SE8033-1CA01）和配套电机（1RQ4562-6JV40）。 此规格变频器在欧洲已有应用，在国内水行业中还是头次应用，取得了一些经验。 （1）该工程于2000年10月开始设计，2001年7月一次通水成功，现已运行将近2年时间。通过这段时间的运行看，该泵站运行安全稳定，节能效果显著。根据典型的应用工况，一期各方案经济比较见表2。
从表2分析结果知，b方案为优方案，即2台调速泵方案优。方案为a方案，即一台调速与一台恒速泵并联方案。a方案的设备投资比b方案少425万元，但a方案比b方案一年的运行费用多108.84万元，这样b方案3.9年所省的运行费，即可抵消掉其设备所增加的投资，即静态回收期为3.9年。 从表2还可看出全调方案与阀调节方案的比较其节能效果:水位控制变频调速技术为泵站一年省电费378.25万元（一期工程）, 静态回收期为2.25年。（注:上述的计算只是针对水库多年平均水位，电费按0.50元/度计算） 通过几年来的运行表明，在大型地表水厂的送水泵房中采用大功率变频器（水行业中大单机容量2800 kW），一次性投资较大，长期运行节能效果非常明显，特别是在较大产水量的情况下，节能效果更加明显，值得推广。 （2） 通过这段时间的运行看，其不足之处有以下几点: a） 变频装置的进线断路器要具有失压脱扣功能。 当控制电源没有时，不论高压工作电源是否故障，都要跳开进线断路器，使变频装置断开工作电源。此时，当变频装置恰巧发生故障时的跳闸，对变频装置起到了保护的作用。而当变频装置无故障时的跳闸，易额外产生水锤效应，水锤效应具有极大的破坏性:压强过高处，将引起管子的破裂;压强过低处又会导致管子的瘪塌，对供水管线产生危害。水锤效应也可能损坏阀门和固定件，对泵站厂房产生危害，易淹泵房。如何解决这个问题并获得认可，值得研究。 b） 大容量的变频装置的发热是个不能轻视的问题。
从目前使用来看，发热比较厉害，尤其夏季环境温度比较高的时候。对变频装置采取了强排风措施,但排风扇产生的噪声比较大，相应的要采取隔音措施。如何解决大功率高压变频器发热和噪声，将是变频器生产厂家迫切解决的问题1前言
胜利油田孤东采油厂新滩油田地处黄河入海口的海滩上，1998年投入生产开发，目前己投入油井63口，年产原油12万t。由于该地区离采油厂主力生产区块较远，各采油点又比较分散，油井数量相对较少。自油田开发以来一直采用大型油罐车拉油的办法，将各采油点的原油每天不停地运输至数十公里外的原油中转站，原油运输成本居高不下。随着油田开发难度的增加和吨油成本的不断上升，挖掘内部潜力，降低油气生产成本，减少输油损耗，就显得尤其重要。显然，利用管道输油可以大大降低油气输送成本，减少油气损耗，但由于受各采油点产液量的限制，要保证油气正常长距离生产输送，就得采取大功率高扬程机组通过截流控制的办法，才能满足油井生产的连续运行需要。由于输油泵机组容量偏大、其liuliang和储油罐液位控制均采用人为节流调节控制等因素，造成了该生产工艺系统运行效率小高、设备易损件故障频繁和“大马拉小车”等现象的发生，这不仅严重浪费了能源，影响油井的正常生产和原油产量的完成。为此我们于2005年初提出了在30 kW的CSYll- 2油气混输单螺杆泵上推广应用了森兰SB61G变频调速控制技术，安装了质量可靠的变频调速世蔷．以解决生产中的诸多实际问题，现场使用效果良好，取得了显著的经济效益和社会效益。
2变频调速工作原理
变频器是一种先进的节电设备，其主要实现方式是通过电流的频率的变化，改变电动机的转数，降低电动机输出功率，具体工作流程信号如图1所示，工频电流经过整流电路变成直流电，直流电流变频器按照控制信号的要求，输出改变频率的交流电，作用于电动机，改变其输出频率。
变频器的种类可分为高压和低压变频两种，其工作方式可分闭环控制、开环控制两种，其中闭环控制工作原理如图2所示，它是介质的个或多个参数（如压力、温度、liuliang、液位）等通过传感器采样，形成电信号，这些信号经过信号处理器（工控机、单板机、微机等）处理形成变频器可识别的信号，作用于变频器，变频器产生交变电流，作用于电功机等用电设备，这些用电设备驱动泵类、风机等设备，作用于介质，改变或维持介质参数。开环控制原理是变频器的拧制信号经输入面板或微机等输入设备．根据生产实际需要确定电机工作频率，通过人工直接设置相关参数，直接控制变频器的输出电流的频率，来改变电机的转速，降低电机输出功率，从而达到用电设备有被控制的目的，其工作原理如图3所示。新滩油田162油气混输站和191油气混输站油气混输泵机组变频调速技术控制方案则采用了闭环控制与开环控制相结合的方式．以满足现场生产工作的需要。
3森兰变频控制器现场应用技术方案
3．1现场生产工艺流程
162站管理着7口油井，油井来油先进入2．7 m高的40方储油罐，经加热后由30 kW的CSYll——2油气混输单螺杆泵将油井产出物输送至几十公里外的油气接转站。191站生产工艺流流与162站基本相同，目前管理着5口油井，油气输送距离比162站更远。
3．2闭环控制应用技术方案
在40方储油罐上安装带4～20 mA模拟信号输出的浮球液位计，将液位信号给变频器，变频器在接收液忙计信号后与变频器设定值比较，采用PID调节控制算法，通过变频器输出频率的变化来自动调节和控制储油罐的液位高度，达到节能降耗和油井生产平稳运行自动控制的目的。储油罐的液位控制高度为1．6m。
3．3开环控制应用技术方案
在40方储油罐上不安装液位计，液位检测采用人工定时检测，操作人员根据储油罐的液位检测高度，通过人工调节5kQ的电位器来调节变频器的输出频率，控制油气混输泵的排量，从而实现储油罐的液位高度的控制，达到节能降耗和油井生产平稳运行的目的。储油罐的液位控制高度范围为1. 5～2 m。
4变频调速技术现场应用情况
我们于 2005年9月先后在孤东采油厂新滩油田162油气混输站和191油气混输站油气混输泵机组泵上各应用了型号为SB61G型号的变频器两台，共4台30kW的森兰SB61G型变频器控制器，各站实际生产运行油气混输泵机组为一台（套），另一台（套）为生产备用机组，应用变频调速技术后，162站电动机平均输出电流频率为2J 2Hz，191站电动机平均输出电流频率为20．4Hz．两者均采用闭环控制方式。
由表1中可看出两台变频器输出频率均在20～30 Hz之间，节电效果显著。表2和表3分别是162站和191站应用变频调速技术前后的各数据对比表。
在油气混输泵上安装变频器后，电动机工作电流大幅下降，由20多A下降到10 A左右，电动机输入功率也大幅下降，节电效果明显，功率因数随之tigao，系统效率也大幅tigao，值得指出的一点是泵效有所下降，但这是正常现象，因为电流频率下降之后，电动机和泵不能在设计工况下运行，效果不能佳，泵效有所下降，但节电效果显著，两台在用泵机组综合节电率可达50％以上，两台在用变频器年节电可达116 800 kW-h。变频调速技术在油田油气混输螺杆泵上的应用既可为解决“大马拉小车”现象提供了一个好的方法，又可满足油田生产连续运行的工作需要，且延长了油气混输泉设备的使用寿命。
5综合效益评价
（1）节能效果显著
从孤东采油厂新滩油田162站和191站油气混输生产工艺流程中应用的4台变频器情况来看，平均系统效率由原来的30．7％tigao到目前的39．51％，使用1年可节约电能约116900kW．h，以每kW.h按0．465元价格计算，则年可节省电费约5．5万余元。
（2）延长了设备使用寿命，减少设备故障维修工作量
从现场使用情况看，使用变频调速技术后，不但大大节约了能源，有效地减少了设备的维修维护费用。由于油气混输螺杆泵实现低速旋转后，油气混输螺杆起动电流小，对供电电网的冲击波减小，对整条电网其他用电设备也大有好处，采用变频调速技术的油气混输螺杆泵，泵的维修次数将大大降低，tigao了油气混输螺杆泵的完好率，也大大节省了油气混输螺杆泵易损件的维修费用。
（3）减轻了职工的工作劳动强度，tigao了职工工作效率，改进和tigao了油气生产的工作时效性。
（4）降低了油气混输生产工艺线的噪声污染，有效地改善了职工的工作环境，减少了职业危害。
（5）tigao了油井生产油气产出物处理过程的自动化管理水平，确保了处理后的油气质量，实现了油气生产的密闭输送，减少油气输送过程中的油气损耗。
（6）该项技术先进，操作简单方便，安全可靠。
（7）油井生产过程实现了储油罐液位和liuliang调节的自动闭环控制，保证了生产过程的平稳运行，满足了油井连续生产不间断输送，特别是冬季气温低连续生产长距离连续输送防止管道堵塞的工艺要求。
（8）闭环控制变频调速技术的应用是一个很好的方法，它实现了电动机的软起动功能，逐步升高电动机转速，既可节约电能，减少设备的损耗，又可不必电动机全速运转，有效地控制了生产质量，达到佳经济运行效果，在实际生产中具有良好的推广应用价值。