摘 要：本文介绍了高压变频器在鲁抗医药集团循环水泵机组中的应用情况，通过对水泵变频改造方案的介绍及改造后节能效果的比较分析，表明医药企业循环水泵机组变频改造节能效果显著，具有较高的经济效益。

1前言

山东鲁抗医药股份有限公司是我国大型的综合化学制药企业，国家重要的抗生素生产基地。鲁抗医药A股(600789)股票于1997年2月在上海证券交易所挂牌上市。总资产25亿元，员工5700多人，各类专业技术人员占30%。鲁抗目前拥有年产各类抗生素原料药12000吨、粉针20亿支、片剂70亿片、胶囊30亿粒的生产能力，主要产品有人用药、动植物药等500余个品种。鲁抗医药已通过ISO14001认证、ISO9001认证、OSHMS认证，药品生产车间全部通过国家GMP认证，其生产过程严格按照GMP标准组织运行。

“鲁抗牌”是中国驰名商标，被山东省列为重点培植的国际知名品牌，被商务部确定为：“重点培育和发展的中国出口名牌”，被中国医药质量管理协会授予“药品质量诚信建设示范企业”。鲁抗品牌响誉全国，鲁抗产品畅销国内外，远销40多个国家和地区，年出口创汇5000万美元。

股份公司在生产过程中需对空气压缩机、制冷机组等设备进行降温，因此公司配有循环水站。用于降温的循环水泵在改造前始终处于最大转速下运行，但下游用户的用水量是变化的，这样就造成供需不匹配，出现过剩供应、能源浪费的现象。

2改造前设备运行情况

股份公司循环水站共有6台水泵对外供循环水，为保证药品生产的连续性，保持循环水的供应压力的稳定对设备的运行有着重要的意义，通常情况下，循环水的供应压力不低于0.3Mpa。以下为现场设备参数表1：

其中1-4#水泵为10kV高压电机拖动，5-6#水泵为380V低压电机拖动。5#、6#循环水泵，作为两外4台10kV水泵辅助。在实际供应中，冬季运行1#水泵以及2-4#水泵中的一台，夏季运行2#-4#水泵其中的两台，另外5#、6#水泵辅助运行。由于气候以及昼夜温差的影响，用户的循环水使用量变化较大，而受无法调速的制约，水泵运行方式调整范围相对较小。比如在季节交替时，为保证供应压力平稳，运行1#水泵以及2-4#水泵中的一台不够， 运行2#-4#水泵其中的两台又需要泄压，造成无谓的浪费。在保证供应压力的同时减少循环水浪费、节约电耗即改造的要求。循环水泵现场设备如图1所示。

图1 循环水泵现场设备

针对上述情况，公司领导决定对循环水泵进行变频改造，在节约成本的策略前提下，考虑到国产高压变频器设备水平已接近国际水平，能满足现场工艺运行要求，进行性价比比较，通过公开招标，采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP38-560F型高压变频调速器对循环水泵进行改造，改造取得了成功。

3变速变流量的节能原理

根据水泵的压力-流量特性曲线按照工艺要求实现变速变流量控制，是节电的有效方法。从理论上讲，泵类具有以下特点：

Q2/Q1=N2/N1;

H2/H1=(N2/N1)2;

P2/P2=(N2/N1)3。

其中Q为流量，H为扬程，P为功率，N为转速。

Q1、H1、P1—水泵在N1转速时的风量、扬程、功率。

Q2、H2、P2—水泵在N2转速时相似工况下的风量、扬程、功率。

因此理论上采用转速控制，当流量减小时，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。

假如转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时，水泵的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线л-Q看，Q2与Q1点的效率值基本是一样的。也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，水泵仍能在同样甚至更高的效率下工作。

降低了转速，流量就不再用关小阀门来控制，阀门始终处于全开状态，避免了由于关小阀门引起的损耗，也就避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用。

当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量20%左右。

4循环水泵高压变频改造方案介绍

公司拟对4#循环水泵进行变频改造，以下表2是该循环水泵的参数：

4.1 4#高压循环水泵：

4.2风光JD-BP38系列高压变频系统技术参数及性能特点

2007年9月，风光牌JD-BP38系列高压变频器荣获“中国名牌”称号，山东新风光是国家高新技术企业，生产的风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心，采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术，属高-高电压源型变频器，其谐波指标远小于IEE519-1992的谐波国家标准，输入功率因数高，输出波形质量好，不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，可以使用普通的异步电机。

(1)JD-BP38-560F高压变频器技术参数

下表3为高压变频器主要技术参数。

(2)JD-BP38-560F高压变频器性能特点

风光JD-BP38系列高压变频器除具有一般普通变频器的功能外，还具有以下性能特点：

①采用高速DSP作为中央处理器，运算速度更快，让控制更精准。

②飞车启动功能：能够识别电机的速度及转向并在电机不停转的情况下直接起动。

③完整的工频/变频自动互切技术：现在的高压变频器一般设置工频旁路切换柜，变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行，旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式，手动旁路需人工操作，时间较长，适应于无备用装置或不重要的运行工况，自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。新风光电子公司提供的自动旁路切换柜，不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态，还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频的功能，整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。

④旋转中再启动功能：运行过程中高压瞬时掉电三十秒钟内恢复，高压变频器不停机，高压恢复后变频自动运行到掉电前的频率。

⑤线电压自动均衡技术(星点漂移技术)：在运行中，变频器某相有单元故障后，变频器本身会自动旁路该单元，同时变频器主控系统具有星点漂移功能，使三相输出线电压保持平衡，不会对电动机造成不利影响，变频系统可以做到三个单元以内出现故障时保持运行。

⑥具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路，此时如果变频器不具备相间短路保护功能，将会导致重大事故。风光高压变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出，保护设备不受损害，有效避免事故的扩大化。

4.3 改造控制方式

改造前控制方式：通过高压真空接触器直接启动。

改造后控制运行方式：

改造后要求实现手动启动和自动变频运行两种方式。控制方式为一拖一，一次回路由进线柜(旁路柜)、变压器柜、变频单元柜和操作控制柜组成。旁路柜在变频器维护过程中或变频器出现故障时，将电机自动投入到工频电网运行，保证生产不受影响。变频运行时，变频器为电机提供全面的保护。

值班控制室能够远程控制，即通过内置PLC接受来自现场的开关量控制。

变频器运行方式为闭环运行，对运行中的循环水压力实现跟踪控制，闭环运行时，实际压力信号来自于现场信号。

4.4 变频控制自动旁路柜

改造后提供的旁路方案如下：

旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

自动旁路柜主回路如图2所示。旁路柜主要配置：三个真空接触器(KM1、KM2、KM3)和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行;当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作;KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许;在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。

旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行(按下“工频投切”按钮)，系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。

高压变频器设备现场运行照片如图3所示。人机界面运行界面如图4所示。

图3设备现场运行照片

图4 人机界面运行界面

5 现场设备改造测试节能效果

循环水泵变频节电改造后，2010年3月26日，正式投入生产，至今运行正常。经过厂能源利用监测中心测试，系统达到了预期的效果：实施变频改造后，循环水泵用电量有明显下降，设备实现了软起动，改善了设备的运行工况，极大地减轻了设备起动时对供配电系统的冲击。改造前后的实际测量数据对比结果如下：

5.1下表4为循环水站有关数据统计表：

5.2附加收益

另外循环水泵变频节电改造后，具有软启动、软停止;提高了机组水泵的运行效率;现场噪音大大降低，有效改善现场的运行环境，运行人员反映良好;便于实现厂循环水泵机组控制系统自动化管理。

经过改造这个变频系统就相当于一个自动调节阀，用多少，供多少，实现供需平衡，节约能源。作为年销售收入过10亿元的医药生产企业，一直以来，“动力成本”占据鲁抗生产成本的近30%，打造低碳高效的“动力系统”成为企业提升市场竞争力的“内生动力”。

6结束语

经过国内变频器厂家的不断努力，国内变频器产品水平已达到国际同类产品先进技术水平，国内变频器产品以其性能良好，良好的本地化服务，性价比高，广泛应用于各行各业，并且节能效果显著，能短期内为用户收回投资。随着国家目前对节能减排工作力度空前加大，变频调速技术发展前景十分广阔，已迎来历史黄金发展时期。