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乳化液泵站变频节能方案
引言
    能源短缺是人类当前共同面临的世纪性难题。我国人口众多，能源资源相对匮乏,节约能源犹显重要。电力资源是资源战略问题中的重中之重，是国民经济和社会发展的重要基础。通过技术进步，逐步提高电力利用效率，煤矿井下乳化液泵站,由于环境恶劣,工况复杂,长期以来,尽管有效工作时间很短,但泵站却处于长期连续运转状态,造成电力浪费巨大，乳化液泵站改用变频器恒压供液控制后，将控制阀门或挡板开度全部打开，由变频器控制乳化泵电动机的转速从而改变管网的流量、压力,使供给量与需求量达到平衡，减少资源的浪费；通过改造后的系统较改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在40%—50%。
1、改造前的工作状态
在乳化液泵的应用中,流量、压力等参数常随应用的改变而变化。过去由于技术水平的限制,只能采用控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、压力等,即用人为增减阻力的办法来实现调节，当工作面需要注小流量时,大量能量损失在阀门上；而通常情况下，由于乳化泵的选型是按照最不利条件下、最大时流量及相应压力设计的,而在实际运动中,由于工作面条件的变化,乳化泵多为低负荷工作,以前靠泵出口阀门开度的大小来调节乳化液流量与压力,其能量耗损很大，而且对机械（如乳化泵、阀门）冲击较大，增加机械的损耗。
2、 系统改造的基本组成
(1) 系统主控环节
系统整体的控制信号，包括压力设定信号，变频故障信号处理，压力检测处理均由变频器完成设定， 对于整个系统的运行信号进行综合，尤其是当出现故障状态系统处理操作，是整个系统的核心控制部分。
(2) 变频器内部控制环节
变频器内部控制，主要是指变频器内部PID功能模块，内部PID功能使现场工程师设置和调试方便，相对于原来的硬件PID板控制，省去了硬件维护需要，节省了成本。主控环节的压力设定信号与系统压力信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力。PID的特性可由参数选择。
 (3) 电机控制环节
当管网压力的变化要求调解乳化泵的转速，控制乳化泵的运行状态。

(4) 执行环节      执行环节为乳化泵。

(5) 信号反馈环节

        管网压力的信号反馈，用于与设定环         节形成PID控制闭环，对于乳化泵站系统，由于压力控制为一个大惯性环节，且其要求不太高，所以不必要使用微分环节。
3．工作过程描述
当变频器被投入自动运行时， 乳化泵电机变频接触器首先被控制导通，变频器输出频率上升，同时管网压力信号逐渐增加，出液管网的压力信号与压力设定信号负反馈闭环，当管网压力与设定压力基本平衡时，变频器控制变频电机维持在一定的频率下运行，此时变频器的PID调节器对管网的压力反馈信号与设定压力信号进行比较，当压力反馈信号值高于设定压力信号值时，PID自动调节变频器的输出频率，使变频器的输出频率降低，从而降低电动机的转速，使乳化泵站的输出液体减少，管网的压力下降，使系统的管网压力与设定压力基本平衡，并在新的平衡点运行；当压力反馈信号值低于设定压力信号值时，PID自动调节变频器的输出频率，使变频器的输出频率升高，从而提高电动机的转速，使乳化泵站的输出液体增加，管网的压力升高，使系统的管网压力与设定压力基本平衡，并在新的平衡点运行。变频器的PID调节是动态它对调节，它对管网的压力信号时时检测，并与压力设定信号进行比较，即时对变频器的输出频率进行调整，使管网的实际压力与设定压力一致，达到系统地恒压供液的效果，从而满足使用现场的工艺要求。

4．变频器的技术特性
采用高效数字信号处理器，高效完成实时控制计算；
便于用户使用的触摸液晶编程屏幕（CCS）及热插拔设计；
先进的无速度传感器矢量控制；
内置PID调节器，可与各类变送器形成闭环控制系统；
采用低电感母线技术，大大降低谐波干扰；
载波频率范围（2～16KHz）及可自动优化转矩调整功能，可实现静音运   行；
变频器可以采用就地起动、停止控制方式，也可以利用PLC或外部其他设备进行远程控制；通过通讯（RS485、Modbus、Profibus）,可同时控制32台变频器；
完善的制动方案：直流制动、动态制动；
自动补偿电机转差（0～150%）；
变频器有在线、短时在线两种工作方式；
多台电机起动时先确定一台为主机，其余为从机，可实现多台联动；
变频器出现故障时，可将变频器旁路直接起动；
防爆壳体根据现场实际情况可采用快开形式为现场维护提供方便；
防爆变频器散热采用热管自然散热方式；

5．变频器的技术指标及规范

额定输出频率
通过编程最大可获得400Hz

电源
额定输入电压和频率
三相380/660/1140V     50Hz/60Hz；

允许电压波动
±15%

允许频率波动
±5%

控制特性
控制方式
矢量控制、V/F控制

频率控制范围
0.1～400Hz

频率精度
数字指令：0.01%(-10℃ ～ +40℃)

模拟指令：0.1%(25℃ ± 10℃)

频率分辨率
数字指令：0.1Hz；模拟指令：0.1Hz

输出频率分辨率
0.1Hz

过载能力
G型150%额定电流1分钟
P型120%额定电流1分钟

频率设定信号
0 ～ +10V（20KΩ） 0/ 4 ～ 20mA(250Ω)，0～+5V(20KΩ)

加速/减速时间
0.0 ～ 3600s(独立设定加速/减速时间)

制动转矩
约20%(有制动电阻时约150%)

V/f模式种类
11个预置V/f 模式和能任意编程的V/f模式

保护功能
电动机过载保护
电子型热过载继电器保护

瞬时过流
G型约为变频器额定电流250%；P型约为变频器额定电流180%

过载
过载后电动机滑行停止

过电压
主回路直流电压超过安全值

电压不足
整流器输出电压降至190V或更低时电动机滑行停止；
主回路直流电压超过OV值

瞬时掉电补偿
瞬时掉电15ms或以上时立即停止；
按标准配置，掉电短于2S时可自动恢复运行

散热器过热
热敏电阻保护

失速保护
加速/减速和恒速运行期间的失速保护

接地故障
由电子电路保护

环境
周围温度
-10℃ ～ +40℃（封闭壁挂型）；-10℃ ～ +45℃（敞开机架型）

存放温度
-20℃ ～ +60℃

使用场所
室内（防止腐蚀性气体和尘埃）

海拔高度
1000米或以下

振动
小于20Hz时为9.8m/s2(1G),在20～50Hz时最大为2m/s2(0.2G)

防爆标志
ExdI(150℃)

冷却方式
自然冷却、热管冷却、风扇冷却

安装方式
落地式

6．系统改造配置图

乳化泵站配置图
7．改造中注意事项
a)正确设置设定和反馈对应曲线。
b)当供水基板与主控制基板距离较远时（20m以上），需提供附加电源以确保信号正确传输。
c) 适当使用变频器独特的负载检测和切断自停机功能，方便远程水泵的控制。
d)变频器输出使用屏蔽动力电缆，减少电磁干扰。
e)变频器距离控I制电机的距离不要超过50米。
8．变频调速其他附加好处
 8.1 .网侧功率因数提高。原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.8左右，实际运行功率因数远低于0.7。采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。
 8.2 . 设备运行费用下降。采用变频调节后，通过接收乳化泵的反馈信号，变频自动调节输出频率，从而降低电动机的转速，达到高效节能的效果。
 8.2 . 电机使用寿命延长。用变频调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常。
 8.4 .  更完善地保护了电机。与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、过热等多项保护功能，更完善地保护了电机。
  8.5 .  适应电网电压波动能力强。电压工作范围宽，电网电压在-15%～+10%之间波动时，系统可正常运行。
9．改造节能分析
煤矿井下乳化液泵站,由于环境恶劣,工况复杂,长期以来,尽管有效工作时间很短,但泵站却处于长期连续运转状态,造成电力浪费巨大,乳化液泵配件,高压管路等损耗严重,并且设备由于长期运转,造成发热严重,设备故障频繁,经常影响正常生产，乳化液泵站改用变频器恒压供液控制后，将控制阀门或挡板开度全部打开，由变频器控制乳化泵电动机的转速从而改变管网的流量、压力,使供给量与需求量达到平衡，减少资源的浪费；通过改造后的系统较改造前的系统节省大量电力资源，一般节电率在40%—50%。
10．节能效果测算
电机参数：额定电压660V，额定功率250KW。
改造前工频运行功率计算公式
C1=T×P1
C1=8760小时×250 KW =2190000 kWh
其中：t—全年运行时间，h（365天×24小时=8760小时）；
p1—单一负荷下的运行额定功率，kw；
c1—改造前总耗电量，kw·h。
实际使用电能：2190000 kWh×[0.7 5/ kWh]（平均电费）=1642500元
变频改造后运行预计功率计算公式：
在没有采用变频时，电机长期工作在50HZ，功率为250kW在采用变频自动控制后，长期工作频率为20～30HZ，电机功率P0为130kW。
C2=T×∑(P0×δ) C3=T×∑(P1×δ)
C2=8760小时×(130 kw×0.8)=911040 kWh
C3=8760×(250×0.2)=438000 kWh
其中：t—全年运行时间，h；（365天×24小时=8760小时）；
P0—单一负荷下变频运行功率，kw；
p1—单一负荷下运行额定功率，kw；
δ—这种负荷下的全年运行时间比例；
C4= C2+C3
911040 kWh+438000 kWh=1349040 kWh
其中c4为改造后总耗电量，kw . h。
实际使用电能：1349040 kWh×[0.7 5/ kWh]（平均电费）=1011780元
平均每年节约电费：1642500元-1011780元=630720元

C1-C4
1642500元-1011780元=630720元
从上面的计算结果我们可以看出，变频乳化液泵站的节能效果是非常显著的。