摘 要：本文介紹了高壓變頻器在魯抗醫(yī)藥集團循環(huán)水泵機組中的應(yīng)用情況，通過對水泵變頻改造方案的介紹及改造后節(jié)能效果的比較分析，表明醫(yī)藥企業(yè)循環(huán)水泵機組變頻改造節(jié)能效果顯著，具有較高的經(jīng)濟效益。

1前言

      山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司是我國大型的綜合化學(xué)制藥企業(yè)，國家重要的抗生素生產(chǎn)基地。魯抗醫(yī)藥A股（600789）股票于1997年2月在上海證券交易所掛牌上市?？傎Y產(chǎn)25億元，員工5700多人，各類專業(yè)技術(shù)人員占30％。魯抗目前擁有年產(chǎn)各類抗生素原料藥12000噸、粉針20億支、片劑70億片、膠囊30億粒的生產(chǎn)能力，主要產(chǎn)品有人用藥、動植物藥等500余個品種。魯抗醫(yī)藥已通過ISO14001認證、ISO9001認證、OSHMS認證，藥品生產(chǎn)車間全部通過國家GMP認證，其生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照GMP標(biāo)準(zhǔn)組織運行。

      “魯抗牌”是中國馳名商標(biāo)，被山東省列為重點培植的國際知名品牌，被商務(wù)部確定為：“重點培育和發(fā)展的中國出口名牌”，被中國醫(yī)藥質(zhì)量管理協(xié)會授予“藥品質(zhì)量誠信建設(shè)示范企業(yè)”。魯抗品牌響譽全國，魯抗產(chǎn)品暢銷國內(nèi)外，遠銷40多個國家和地區(qū)，年出口創(chuàng)匯5000萬美元。

      股份公司在生產(chǎn)過程中需對空氣壓縮機、制冷機組等設(shè)備進行降溫，因此公司配有循環(huán)水站。用于降溫的循環(huán)水泵在改造前始終處于最大轉(zhuǎn)速下運行，但下游用戶的用水量是變化的，這樣就造成供需不匹配，出現(xiàn)過剩供應(yīng)、能源浪費的現(xiàn)象。

2改造前設(shè)備運行情況

      股份公司循環(huán)水站共有6臺水泵對外供循環(huán)水，為保證藥品生產(chǎn)的連續(xù)性，保持循環(huán)水的供應(yīng)壓力的穩(wěn)定對設(shè)備的運行有著重要的意義，通常情況下，循環(huán)水的供應(yīng)壓力不低于0.3Mpa。以下為現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)表1：

      其中1-4#水泵為10kV高壓電機拖動，5-6#水泵為380V低壓電機拖動。5#、6#循環(huán)水泵，作為兩外4臺10kV水泵輔助。在實際供應(yīng)中，冬季運行1#水泵以及2-4#水泵中的一臺，夏季運行2#-4#水泵其中的兩臺，另外5#、6#水泵輔助運行。由于氣候以及晝夜溫差的影響，用戶的循環(huán)水使用量變化較大，而受無法調(diào)速的制約，水泵運行方式調(diào)整范圍相對較小。比如在季節(jié)交替時，為保證供應(yīng)壓力平穩(wěn)，運行1#水泵以及2-4#水泵中的一臺不夠， 運行2#-4#水泵其中的兩臺又需要泄壓，造成無謂的浪費。在保證供應(yīng)壓力的同時減少循環(huán)水浪費、節(jié)約電耗即改造的要求。循環(huán)水泵現(xiàn)場設(shè)備如圖1所示。

圖1 循環(huán)水泵現(xiàn)場設(shè)備

      針對上述情況，公司領(lǐng)導(dǎo)決定對循環(huán)水泵進行變頻改造，在節(jié)約成本的策略前提下，考慮到國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平，能滿足現(xiàn)場工藝運行要求，進行性價比比較，通過公開招標(biāo)，采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP38-560F型高壓變頻調(diào)速器對循環(huán)水泵進行改造，改造取得了成功。

3變速變流量的節(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。從理論上講，泵類具有以下特點：

Q2/Q1=N2/N1；

H2/H1=（N2/N1）2；

P2/P2=（N2/N1）3。

其中Q為流量，H為揚程，P為功率，N為轉(zhuǎn)速。

　 Q1、H1、P1—水泵在N1轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量、揚程、功率。

　 Q2、H2、P2—水泵在N2轉(zhuǎn)速時相似工況下的風(fēng)量、揚程、功率。

      因此理論上采用轉(zhuǎn)速控制，當(dāng)流量減小時，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。

      假如轉(zhuǎn)速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見降低轉(zhuǎn)速能大大降低軸功率達到節(jié)能的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)速由N1降為N2時，水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低了。但從效率曲線л-Q看，Q2與Q1點的效率值基本是一樣的。也就是說當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，額定工作參數(shù)相應(yīng)降低，但效率不會降低，有時甚至?xí)岣?。因此在滿足操作要求的前提下，水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

      降低了轉(zhuǎn)速，流量就不再用關(guān)小閥門來控制，閥門始終處于全開狀態(tài)，避免了由于關(guān)小閥門引起的損耗，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。

      當(dāng)采用變頻調(diào)速時，50Hz滿載時功率因數(shù)為接近1，工作電流比電機額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內(nèi)濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用，可以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。

4循環(huán)水泵高壓變頻改造方案介紹

      公司擬對4#循環(huán)水泵進行變頻改造，以下表2是該循環(huán)水泵的參數(shù)：

4.1 4#高壓循環(huán)水泵：

4.2風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)及性能特點

      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(biāo)遠小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)，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。

（1）JD-BP38-560F高壓變頻器技術(shù)參數(shù)

下表3為高壓變頻器主要技術(shù)參數(shù)。

（2）JD-BP38-560F高壓變頻器性能特點

      風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器除具有一般普通變頻器的功能外，還具有以下性能特點：

①采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，讓控制更精準(zhǔn)。

②飛車啟動功能：能夠識別電機的速度及轉(zhuǎn)向并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。

③完整的工頻/變頻自動互切技術(shù)：現(xiàn)在的高壓變頻器一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，時間較長，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。新風(fēng)光電子公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。

④旋轉(zhuǎn)中再啟動功能：運行過程中高壓瞬時掉電三十秒鐘內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機，高壓恢復(fù)后變頻自動運行到掉電前的頻率。

⑤線電壓自動均衡技術(shù)（星點漂移技術(shù)）：在運行中，變頻器某相有單元故障后，變頻器本身會自動旁路該單元，同時變頻器主控系統(tǒng)具有星點漂移功能，使三相輸出線電壓保持平衡，不會對電動機造成不利影響，變頻系統(tǒng)可以做到三個單元以內(nèi)出現(xiàn)故障時保持運行。

⑥具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導(dǎo)致重大事故。風(fēng)光高壓變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設(shè)備不受損害，有效避免事故的擴大化。

4.3 改造控制方式

      改造前控制方式：通過高壓真空接觸器直接啟動。

改造后控制運行方式：

      改造后要求實現(xiàn)手動啟動和自動變頻運行兩種方式?？刂品绞綖橐煌弦?，一次回路由進線柜（旁路柜）、變壓器柜、變頻單元柜和操作控制柜組成。旁路柜在變頻器維護過程中或變頻器出現(xiàn)故障時，將電機自動投入到工頻電網(wǎng)運行，保證生產(chǎn)不受影響。變頻運行時，變頻器為電機提供全面的保護。

      值班控制室能夠遠程控制，即通過內(nèi)置PLC接受來自現(xiàn)場的開關(guān)量控制。

      變頻器運行方式為閉環(huán)運行，對運行中的循環(huán)水壓力實現(xiàn)跟蹤控制，閉環(huán)運行時，實際壓力信號來自于現(xiàn)場信號。

4.4 變頻控制自動旁路柜

改造后提供的旁路方案如下：

      旁路柜在變頻器進、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。

      自動旁路柜主回路如圖2所示。旁路柜主要配置：三個真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個刀閘隔離開關(guān)K1、K2。KM2與KM3實現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時，電機變頻運行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時，電機工頻運行。另外，KM1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

      電機工頻運行時，若需對變頻器進行故障處理或維護，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

      合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入電源。

      旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于KM3合閘回路。變頻運行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動投入允許，或者需要將電機從變頻投入到工頻狀態(tài)運行（按下“工頻投切”按鈕），系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入、輸出開關(guān)KM1和KM2，經(jīng)過一定延時后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開關(guān)KM3合閘，電機投入電網(wǎng)工頻運行。

      高壓變頻器設(shè)備現(xiàn)場運行照片如圖3所示。人機界面運行界面如圖4所示。

圖3設(shè)備現(xiàn)場運行照片

圖4 人機界面運行界面

5 現(xiàn)場設(shè)備改造測試節(jié)能效果

      循環(huán)水泵變頻節(jié)電改造后，2010年3月26日，正式投入生產(chǎn)，至今運行正常。經(jīng)過廠能源利用監(jiān)測中心測試，系統(tǒng)達到了預(yù)期的效果：實施變頻改造后，循環(huán)水泵用電量有明顯下降，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。改造前后的實際測量數(shù)據(jù)對比結(jié)果如下：

5.1下表4為循環(huán)水站有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表：

5.2附加收益

      另外循環(huán)水泵變頻節(jié)電改造后，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，運行人員反映良好；便于實現(xiàn)廠循環(huán)水泵機組控制系統(tǒng)自動化管理。

      經(jīng)過改造這個變頻系統(tǒng)就相當(dāng)于一個自動調(diào)節(jié)閥，用多少，供多少，實現(xiàn)供需平衡，節(jié)約能源。作為年銷售收入過10億元的醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)，一直以來，“動力成本”占據(jù)魯抗生產(chǎn)成本的近30%，打造低碳高效的“動力系統(tǒng)”成為企業(yè)提升市場競爭力的“內(nèi)生動力”。

6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)品水平已達到國際同類產(chǎn)品先進技術(shù)水平，國內(nèi)變頻器產(chǎn)品以其性能良好，良好的本地化服務(wù)，性價比高，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并且節(jié)能效果顯著，能短期內(nèi)為用戶收回投資。隨著國家目前對節(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。