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一、用戶簡介
重慶市萬盛區(qū)南桐礦業(yè)有限責(zé)任公司南桐選煤廠(原稱南桐煤礦南桐洗選廠)成立于1938年，經(jīng)過幾次改擴(kuò)建現(xiàn)以發(fā)展成為年入洗原煤100萬噸的現(xiàn)代化選煤廠，也是重慶地區(qū)優(yōu)質(zhì)冶煉精煤主要生產(chǎn)基地。主要產(chǎn)品有：精煤、電煤、洗末煤、硫精砂、尾砂。
南桐選煤廠現(xiàn)有100萬噸全重介選煤系統(tǒng)，采用煤科總院唐山分院與南桐礦業(yè)有限責(zé)任公司共同研究的“高硫難選煤全重介洗選成套工藝和設(shè)備”，一九九八年八月正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。
高壓變頻調(diào)速是通過改變輸入到交流電機(jī)的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由下式確定:
n=60f（1-S）/p （1）式中:n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
f—輸入電源頻率； S—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p—電機(jī)極對(duì)數(shù)。
由公式（1）可知，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)。交流電動(dòng)機(jī)的直接調(diào)速方式主要有：
1） 變極調(diào)速（調(diào)整p）；
2） 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；
3） 串級(jí)調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)（調(diào)整S）；
4） 液力耦合器調(diào)速；
5） 變頻調(diào)速（調(diào)整f）；
其中以高壓變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)最多，得到了廣泛的應(yīng)用。
葉片式風(fēng)機(jī)（或水泵）類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在滿足流體力學(xué)的三個(gè)相似定律（即幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似）的條件下，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力（揚(yáng)程）H以及軸功率P具有如下關(guān)系:
Q1/ Q2＝n1/n2 （1）
H1/ H2＝（n1/n2）2�。�2）
P1/ P2＝（n1/n2）3�。�3）
式中：Q1、H1、P1—風(fēng)機(jī)（或水泵）在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力（或揚(yáng)程）、軸功率；
Q2、H2、P2—風(fēng)機(jī)（或水泵）在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的相似工況條件下的流量、壓力（或揚(yáng)程）、軸功率。
由公式（1）、（2）、（3）可知，風(fēng)機(jī)（或水泵）的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，壓力（或揚(yáng)程）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方降低，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的電機(jī)所需的電功率亦可相應(yīng)降低。
從上述分析可見，調(diào)速是水泵節(jié)能的重要途徑。采用高壓變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性調(diào)節(jié)，通過改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而管道壓力及供水量。
三、改造項(xiàng)目介紹
介質(zhì)泵為全重介選煤工藝最主要的設(shè)備，南桐選煤廠有兩臺(tái)電機(jī)315KW/6KV的介質(zhì)泵，改造前介質(zhì)泵靠調(diào)節(jié)出口閥調(diào)節(jié)煤水混合物的流量，節(jié)流損失很大，浪費(fèi)了大量電能。南桐選煤廠經(jīng)研究決定采用深圳市科陸變頻器有限公司生產(chǎn)的CL2700高壓變頻器對(duì)廠里兩臺(tái)介質(zhì)泵變頻節(jié)能改造。
電機(jī)參數(shù)：
額定電壓6KV
額定功率315KW
額定電流36A
電機(jī)水泵傳動(dòng)比1.4
工頻運(yùn)行電流35A
工頻運(yùn)行功率310KW
四、項(xiàng)目改造方案
為防止變頻器檢修或故障對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，配置自動(dòng)工頻旁路，具體旁路實(shí)施方式如下圖所示：
采用“一拖一”自動(dòng)旁路方案一次接線原理圖如下：
CL2700高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一拖一自動(dòng)工頻旁路系統(tǒng)圖
如圖，在正常情況下，高壓電從高壓開關(guān)直接到真空接觸器KM1、刀閘QS1進(jìn)入高壓電變頻器，變頻器經(jīng)過調(diào)節(jié)電源頻率后通過手動(dòng)刀閘QS2、 真空接觸器KM2直接輸出到電機(jī)，當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)故障時(shí)，變頻器可以通過KM3自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行。
高壓電源經(jīng)KM1、QS1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)QS2、KM2送至電動(dòng)機(jī)；高壓電源還可經(jīng)KM3切換至工頻側(cè)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，即可馬上斷開輸入側(cè)開關(guān)KM1及KM2，將變頻裝置隔離，切換KM3至工頻側(cè)，在工頻電源下起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。真空接觸器KM2、KM3與KM1之間電氣互鎖，確保工頻電路與變頻電路不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。
自動(dòng)旁路方式的旁路柜內(nèi)配置隔離刀閘QS1、QS2。在正常情況下刀閘閉合，變頻器檢修時(shí)斷開，具有明顯物理斷點(diǎn)，保障檢修人員的人身安全。
三地控制方式：可進(jìn)行本地、機(jī)旁操作箱、遠(yuǎn)程集控三地控制。
集控與變頻器之間的接口如下：
1．變頻器至集控室或機(jī)旁操作箱：
系統(tǒng)就緒（開關(guān)量）
變頻器故障（開關(guān)量）
運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)（開關(guān)量，反饋?zhàn)冾l器狀態(tài)）
急停（開關(guān)量）
變頻器當(dāng)前運(yùn)行頻率（模擬量，4~20MA）
變頻器輸出電流（模擬量，4~20MA）
2．集控室至變頻器：
變頻啟動(dòng)/停機(jī)（開關(guān)量）
頻率上升
頻率下降
故障復(fù)位（開關(guān)量）
五、項(xiàng)目改造效益
1．節(jié)能效益
改造后，變頻器平均運(yùn)行頻率在43HZ左右，經(jīng)測算，相比工頻下節(jié)電率在25%，工頻運(yùn)行功率310KW，這兩臺(tái)介質(zhì)泵一年運(yùn)行360天，一天運(yùn)行20小時(shí)，電費(fèi)0.5元/度，則每臺(tái)介質(zhì)泵每年可節(jié)省電費(fèi)為：310×25%×20×360×0.5=279000元=27.9萬元
兩臺(tái)介質(zhì)泵變頻改造后每年可節(jié)省55.8萬元電費(fèi)。
2．改造后操作簡便，負(fù)荷調(diào)節(jié)平穩(wěn)。改造前靠調(diào)節(jié)出口閥控制流量，操作強(qiáng)度大，造后只需在集控室點(diǎn)擊頻率升/頻率降就可很方便且很平穩(wěn)地調(diào)節(jié)流量，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3．改造前水泵電機(jī)直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流為額定電流的5至7倍，啟動(dòng)沖擊大，容易損壞電機(jī)。變頻改造后，電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，無任何沖擊電流，可減少電機(jī)的維護(hù)費(fèi)用。
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