洗煤厂渣浆泵变频控制系统

1 变频器节能原理

以往风机、水泵的风(流)量是通过挡板(阀门)来调节的，大量的能量被挡板和阀门白白浪费。据统计，目前使用的风机、水泵大约有25%~60%的能量是无谓消耗。根据风机、水泵原理我们知道

2 设备基本情况与改造方案

某洗煤厂有185 kW的渣浆泵两台，采用软起动器起动，长期处于高速运行状态，电流280 A，能耗很大。因不能调节速度，渣浆水一直溢出沉降池，从回流

管道逆流到渣浆泵进口处的储液池，使渣浆泵长期低效率工作，造成大量能源浪费(见图2)，为响应国家建设节约型社会号召以及省发改委节能文件要求，决定对其进行节能改造，具体改造方案如下。

保留原有的软起动装置，和变频器一起控制电机，软起动作为工频旁路备份使用，即当变频器有故障时，改为软起动运行。

采用一台变频器带一台渣浆泵的方式。具体改造办法为：关闭回流阀，采用水位闭环控制方式，在池内壁上安装液位传感器，利用变频器的PID 调节功能，当水位到达时，变频器频率下降，渣浆泵以低速运转，水位越高，转速越低;水位越低，转速越高。

同时将水位信号传送给控制柜，使操作人员能适时了解液位状况。通过此控制保持渣浆池内的循环基本不变。电机在空载或轻载运行时，通过检测负载电流，在原有的特性曲线的基础上减小输出电压，达到节能的目的。

2.1 变频控制原理图

经过调研分析，此渣浆泵变频改造选用的变频器为美国EMERSON公司的EV2000，变频控制原理如图3所示。

2.2 变频器参数设置

变频器参数设置如表1所列。表中F0 组为基本运行参数;F5 组为过程闭环

控制参数;F7组为端子功能参数。

3 变频调速的优势

1)电路板采用三层防护处理，具有防尘，抗潮，抗干扰等功效，针对洗煤厂的恶劣工作环境(高煤尘、高潮湿度，强干扰)，同时采用先进的电路结构设计，减少了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，解决了对电网的谐波污染，无需任何滤波或功率因数的补偿装置。

2)电动机实现了真正的软启动、软停止，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。

3)变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护(超过200%额定电流峰值)10 μs，动作有效过流保护(150%额定电流)3 s动作，过载保护(120%额定电流)1 min动作，大大加强了对电动机的保护。

4)调速段内的设备调节和优化控制由DCS完成与集控系统完美结合，通过RS485和RS232接口与集控系统通讯，并通过集控系统实时监控泵的工作情况。DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。

5)采用变频调节，实现了挡板、阀门全开，减少了挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的电能，具有显著的节电效果。

6)整机的运行噪音改善明显。采用液力耦合器时，无论是低速还是高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音达到90 dB左右，但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40 Hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于80 dB，在低速运行时基本上听不到噪音，达到65 dB 以下，极大地改善了现场的噪音污染。

7)由于电机低速运行以及工作在高效率区，电机的温升和轴承温升下降明显。电机温升由采用液力耦合器时的59℃下降至44℃，电机的前后轴承的温度都相应下降，延长了电机系统的使用寿命。

8)低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和震动，泵的维修周期延长，节省了大量的检修费用。

9)日常维护保养工作量和费用下降。采用液力耦合器估计每年的维护费用在2万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。

10)调速范围宽。采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制，采用变频器后，实现智能调速，系统调频范围0～50 Hz，增强了工艺调节能力。

4 系统其他配件

4.1 传感器的选用及其性能

此系统中的液位传感器选用西门子LR200系列。

SITRANS LR 200 是两线制供电，利用的是先进的5.8 GHz(北美是6.3 GHz)脉冲雷达技术的连续物位测量仪表。此仪表由一个耦合天线的电子部件和过程连接组成，易于安装，启动简单，既可以使用本地红外手操器，也可以从远程使用SIMATIC1 PDM，通讯协议采用HART2协议。

SITRANS LR 200有两种型号：

1)通常用途(无危险的);

2)本质安全(有适当的隔离栅栏)。

有大范围的过程连接和天线选项可以配合任何结构的容器。

SITRANS LR 200 设计并应用于液位测量时，应包括：

1)储存液体的容器;

2)有轻微震动的过程容器;

3)液体;

4)泥浆。

本系统选用的LR200，用于监测沉降池的水位的高低，通过水位的高低，反馈给变频器，形成闭环控制，以达到保持水位恒定的目的。

根据系统要求，需要设置的参数：

1)选择辅助读数的语言选项或数值(P010)，初始值0;

2)选择测量模式，即物位，指空间或者距离(P001)，1;

3)设置物位变化的响应时间(P003)，2;

4)选测量单位(m，cm，mm，ft或in)(P005)，1;

5)选择过程空液位(P006)，3.5 m(根据容器的大小高低来确定);

6)设置量程(P007)，3.06 m(根据要测量的高低来确定);

7)忽略物质回波前的错误回波，设置自动虚假回波抑制距离(P838)，初始值;

8)自动虚假回波抑制有效(P837)，初始值。

4.2 仪表的选用及其性能

仪表选用晖祥仪表HWXP 系列数字显示控制仪，型号为HWXP-C803-01 和HWXP-C803-02 两种仪表。HWXP-C803-01不带压力变送，只用于显示变频器的频率;HWXP-C803-02带压力变送，用于显示沉降池的液位。

5 节能分析

变频改造后，平均运行40~45Hz，电流由280A降到240A以下，节电按30%计算，每年节省电能为P=1.732UI×30%×20×30×12

=1.732×0.38×280×30%×20×30×12

=398 055

按0.6 元/kW·h 计算，每年节约电费约238 833元，一年内即可收回投资。

6 结语

随着科技的发展，变频技术日益成熟，变频器以其优异的调速性能，显著的节能效果，已被广泛应用于各行各业，变频调速是电气传动的发展方向。对洗煤厂渣浆泵进行变频调速改进后的成功运行及显著的节能效益，证明变频调速大有作为。