中央空调系统已经广泛应用于生产及公用，民用建筑中，并且是所有建筑物中的能耗大户，其能耗占建筑总能耗的1/3以上，有的空调能耗甚至高达 65%。空调系统是按{zd0}负荷来设计的，所以设备的选择都是按最不利情况来选型。在绝大部分时间内（例如：过渡季节，每天早晚，一般天气情况等），系统只是部分负荷运行。而目前情况是冷机部分负荷运行，水泵却是全功率运行。从节能角度来看，冷冻水泵也应作合理的调整。天津石化公司动力站是在 2000年初投入试运行的冷冻水循环水装置，存在很大的冷水泵全功率运行的电浪费，2004年在经过设计采用高压变频调速系统进行节流运行后，不但极大的满足了生产工艺及控制要求，而且成功地解决了能耗问题。

1. 工艺现状

   2．1运行情况

   天津石化公司化工厂动力站制冷系统有8台溴化锂制冷机，匹配4台冷水泵，系统是按用户所需冷量的{zd0}负荷设计的。在实际运行中，系统在大部分时间在非满负荷中运行。一台冷水泵对应三台溴冷机，三台溴冷机满负荷运行，冷水泵90%负荷运行。当少于三台溴冷机运行或三台溴冷机部分负荷运行时，只需冷水泵 90%负荷以下运行，但冷水泵为全压工频运行，冷冻水的流量与压力是通过冷水泵出，入口联络管及冷冻水供，回水母管联络管上的调节阀来进行调节，这样造成电动机运行效率较低，而且降低了密封，阀门，法兰的使用寿命。经统计，每年在4月-11月间，在86%的时间里电动机都在60%的负荷以下运行，所以为了节能和改善管线的运行工况和控制水平，首先对4#冷水泵电机采用变频控制改造。

   2．2技术参数

   a．冷冻水供用户压力：0.47Mpa 温度：7C

   b．溴冷机型号：NCC-63 制冷量：3516KW 流量：605m3/h

   c．冷水泵型号：单级双吸离心泵500S59 功率：450KW 流量：2020 m3/h

2. 3. 水泵的工作特性及节电原理

   水泵运行工况点D是泵的特性曲线nN与管路阻曲线R1的交点。

   用阀门控制时，由于要减小流量，关小阀门，使阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线由R1移到R2,扬程则从H0升到H1，流量从QN减小到Q3，运行工况从D点移到A点。

   使用调速控制时，阻力曲线R1原样不变。泵的特性取决于转速，如果把速度从nN降到n1，特性曲线也会从n1移到n3。结果，运行工况点从D点移到 C点，扬程从H0下降到 H3，流量从Q1减小到Q3。

   根据公式求出:

   也就是说，用阀门控制流量时，有?P功率时被浪费掉了。同时，随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。而用转速控制时，流量Q，扬程H，功率N和转速 n之间的关系可写为：

   即可概括为：流量Q与转速n的一次方成正比；扬程H 与转速n的平方比成正比；轴功率P与转速n的立方成正比。

3. 工艺控制要求

   过去是用改变阀门开度的方法调节冷冻水的流量和压力（扬程）。现将变频器接入冷冻水系统中，冷冻水泵运行以冷冻水母管压力参数为给定量，决定水泵运行工况。根据工艺所需用供水母管压力来调节电机速度，达到控制冷冻水的流量和压力的目的。

4. 单台变频泵运行时

   变频器只能作一台电机的变频电源，所以每台电机启动，停止必须相互闭锁，用逻辑电路控制，保证可靠切换。当制冷系统3台以下溴冷机运行，只需变频冷水泵单独运行时，另外三台工频泵备用。变频泵可以根据溴冷机冷冻水流量及冷冻水供水压力{zd1}需要在36-50Hz范围调节。

   A， 当一台溴冷机运行时，变频泵设定频率为36Hz，保证单台溴冷机正常运行的600m3/h流量需求，及冷冻水供水母管压0.47Mpa。如图1中泵的特性曲线n3

   B， 当两台溴冷机运行时，变频泵设定频率为41Hz，保证两台溴冷机正常运行的1200m3/h流量需求，及冷冻水供水母管压0.47Mpa。如图1中泵的特性曲线n2

   C， 当三台溴冷机运行时，变频泵设定频率为45Hz，保证三台溴冷机正常运行的1800m3/h流量需求，及冷冻水供水母管压0.47Mpa。如图1中泵的特性曲线n1

   4．2工频泵与变频泵并联运行时

   当制冷系统有4台以上溴冷机运行，需要增加系统中的流量,两台水泵并联工作，其中一台由工频泵做定速运行(性能曲线F2A2)另一台由变频泵做变速运行(性能曲线F1A1)。另外两台工频泵备用。由于季节及昼夜温度的差别使得变频系统的运行有着特殊性，管网总出口的压力(HA)取决与两台并联水泵各自的出口压力(D2，D1)，从而决定了变频泵不可能在太低的频率下运行，否则会引起倒流或不出水的情况。另一方面太低的频率回导致整体压力下降，达不到冷冻水循环系统总体的扬程要求，处于工频定速运行的水泵也易导致过流发生，在工频泵与变频泵同时运行的情况下，使变频泵{zd1}的频率保持在38Hz以上。通过调试，作变速运行的电机，频率给定（速度给定）由压力信号的大小自动进行三种不同频率（速度）的切换。

   冷冻水系统如图3所示#4冷水泵，电机容量为 450KW，对应溴冷机运行方式。

5. 变频器运行与操作

   天津石化化工厂厂选用的高压变频器是东方日立（成都）电控设备有限公司（原东方凯奇公司）生产的xx无谐波DFCVERT－MV560／6B电压型变频装置。主回路采用IGBT模块结构，控制方式为单片微型计算机控制。

   （1）变频器调试完毕投入运行，操作简便，按正常电机启停按钮即可。从运行（或停止）指令发出到变频器开始运行，迟缓1-2秒，同时有运行指示数码指示频率数值。

   （2）电机启动特性改善。使启动电流1.5IH时可实现电机软起动，待10-20秒后电机正常运转。

   （3）各种保护功能xx，发生事故变频器首先自行跳闸，备用工频电源和备用泵立即自行启动，有故障自诊断功能，减少了运行人员的重复劳动。

6. 使用时的注意事项

   （1）水泵，风机转速调节范围不宜太大，通常不应低于额定转速的50%，{zh0}在70%-{bfb}之间。当转速低于额定转速的40%-50%时，水泵，风机本身的效率明显下降，更不经济。同时，应注意避开泵机组的机械临界共振转速，否则将会损坏泵机组。

   （2）变频装置的特性尽可能与水泵的负载特性一致，否则效果往往不太理想。

   （3）由SPWM变频器驱动异步电机时，因高次谐波的影响，产生讨厌的噪声。可在变频器与电机之间装一补偿器（约为总阻抗的3%-4%），将V/f 比降低到与负载相适应的程度，噪声可降低5-10dB。

   （4）由SPWM变频器驱动异步电机时，流过电动机的电流比工频供电时约大5%左右。在电机低速运行时，冷却风扇能力下降，使电机的温升增高，应降低负载转矩和限定运行时间。

   （5） 变频器安装位置周围的环境温度应低于35C，变频器的功率模块上装有风机进行强迫通风，散热片上装有温敏元件，进行过热保护。周围环境温度高于35C时，功率模块性能变差，效率就会降低，尤其是长期运行的水泵，可能会损坏模块。

   （6）选用变频器的容量要与电机电流（{zd0}转矩）相匹配，并且可提高1-2个档次。尤其是工作环境差，环境温度高，长年连续运行的水泵一定要高2个档次以上。

   （7）正式投运前，用0.5级模拟仪表准确测量电压，电流，频率，功率等参数值，以校验电机在设定工况条例下的正常运行能力。

   （8）当两台以上水泵并联运行时，一台为定速（工频供电），一台为变速（变频供电），应先将定速泵按设计额定工况运行后，再用变速泵来调整系统参数。

7. 经济效益分析

   以2002年4月-10月冷水泵运行情况为例，对4#冷水泵的运行进行节能分析，4#冷水泵全年运行时间6.5个月，约4680小时， 2002年4月-10月冷水泵运行工况见下表：

   （1）以60%的运行负荷计算，运行时间约2250小时。

   电动机恒速运行，挡板调节流量，

   消耗电量295x2250=663750KWH

   采用变频器驱动电动机运行，改变电动机速度调节流量

   所需功率391x(0.6)3=84.5KW

   消耗电量 84.5x2250=190026KWH

   每年节约用电约663750-190026=473724KWH

   （2）以30%的运行负荷计算,运行约1685小时

   电动机恒速运行，挡板调节流量，

   消耗电量222x1685=373470KWH

   采用变频器驱动电动机运行，改变电动机速度调节流量

   所需功率391x(0.6) 3=84.5KW

   消耗电量 84.5x1685=142382KWH

   每年节约用电约373470-142382=231088KWH

   （3） 以90%的运行负荷计算,运行约749小时

   电动机恒速运行，挡板调节流量，

   消耗电量381x749=285369KWH

   采用变频器驱动电动机运行，改变电动机速度调节流量

   所需功率391x(0.9) 3=285KW

   消耗电量 285x749=213465KWH

   每年节约用电约285369-213465=71904KWH

   （4） 在以上三种状态下,共节约电能

   473724+231088+71904=776716KWH

   按电费0.55元/KWH，节约电费

   776716x0.55＝427193元

   （5）使用变频器后，因冷冻水泵电机工作电流明显减小，电机运行温度明显下降，同时减少了机械磨损，机械检修工作量也大大减少。

   （6）各种保护功能可靠，从而xx了因电机过载或单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行。考虑其他设备的磨损全年及冷水泵的运行情况，预计仅半年便可节约 68万元左右。

   结论：空调系统冷水泵应用高压大功率无谐波交流变频器，可以使冷水泵随着溴冷机冷负荷的变化调整冷冻水循环量，充分利用冷水泵运行的输送能量，可达到节约大量电能的目的；冷水泵的软启动，保护了水泵，电机，降低了水泵启动时对电网的冲击，减少泵体和电机维护费；使溴冷机工况改善，提高溴冷机的工作效率；水泵变频运行，自动随负荷变化转速，大大降低冷水泵的噪音。

8. 转自：