变频电气控制柜的节能效益与市场潜力

      目前，随之低压、中小容量交流电动机变频调速技术的日趋成熟与普及应用，变频电气控制柜（简称变频柜）已经大量拥进国内电工产品市场。据有关专家评估，该产品的国内年产能力已经超过200亿元，将成为电气控制设备的主导产品，其市场具有极为广泛的开拓前景。该产品由变频器、电力开关、测量仪表、控制与保护电器、指示灯、按钮、接线端子以及由支架和面板组成的箱体构成，根据电动机的电压等级，可分为高压和低压两类变频柜。  

        至 今，该产品虽然在国内应用已有二十余年历史，但是由于所应用的变频器是国产货与进口产品并举，生产厂家既有大厂，又有小厂，甚至还有几个人临时组合起来也 能生产变频柜，因此导致该产品远未达到国家低压电控配电行业标准和用户的质量要求，有的厂家甚至忽视变频器对环境的特殊要求，将变频器随意安装在柜内任何 角落，对支撑电器构件与带电母线安装的安全性也极不重视，给该设备的使用埋下了人身和设备的事故隐患。本文根据国产变频器在国内低电压领域内应用的一些情 况，将该产品列为五大系列，并对该产品的生产与应用提出一些建议，供有关管理部门和同行们参考。  

    1、变频柜得分类  

    1.1给水变频柜：  

    1.1.1普通型给水变频柜：  

    该产品可同时控制一台水泵电动机变频供水和一台水泵电动机工频补水，水泵电动机功率在0.75KW至5.5KW之间。该产品得供水能力可满足350户以下低层住宅的居民用水，也可用于城镇的洗浴中心供水系统以及小型水锅炉的补水系统。  

    1.1.2专用型给水变频柜：  

    该 产品可分别实现四台水泵电动机变频循环运行、或一台水泵电动机变频与六台水泵电动机工频运行、或两台水泵电动机变频循环运行与四台水泵电动机的工频运行， 或三台水泵电动机变频循环运行与两台水泵电动机的工频运行等方式的控制，水泵电动机功率在5.5KW至75KW之间。  

    1.2锅炉变频柜：  

    1.2.1锅炉补水泵变频柜：  

    1.2.1.1蒸汽锅炉补水变频柜：  

    该产品采用变频器与差压变送器组成得闭环系统控制蒸汽锅炉的汽包连续均匀地补水，保障汽包补水量与蒸发量的平衡，不仅补水量调整精度提高和节省电能的消耗，而且能够降低设备故障率、保障锅炉安全运行与减轻工人的劳动强度。  

    1.2.1.2热水锅炉补水变频柜：  

    该产品采用变频器与压力变送器组成的闭环系统控制热水锅炉的锅筒连续均匀地补水，保障锅筒补水量与失水量的平衡，不仅补水量调整精度提高和节省电能消耗，而且能够降低设备故障率，保障锅炉安全运行与减轻工人的劳动强度。  

    1.2.2锅炉循环水泵变频柜：  

    该产品在采用变频器与温差变送器或差压变送器组成的闭环系统控制热网的循环水泵热水流量时，应防止室外环境温度升高而引起的热网循环热水流速过低的事故或防止热负荷的前端与末端因室外环境温度变化引起的采暖温度不达标的问题。 

本文推荐应用变频器开环控制热网循环水泵的热水流量，既可以满足用户采暖要求，又可以节约电能和保障热网安全运行，使循环水泵合理的经济运行。  
    1.2.3锅炉鼓风机变频柜：  

    该 产品可采用变频器与烟气含氧量变送器组成的系统控制锅炉的鼓风量，保障炉膛内的烟气含氧量稳定在燃煤燃烧的值范围。但是，含氧量变送器价格昂贵且寿命 比较短，因此推荐由有经验的司炉工观察炉膛燃煤燃烧火焰状态，应用变频器开环控制鼓风机的风量，也能达到节电和节煤的双重目的。  

    1.2.4锅炉引风机变频柜：  

    该 产品采用变频器与复合微正负压变送器组成的闭环系统控制锅炉的引风量，保障炉膛内的微负压值稳定在一个的整定值，不仅为燃煤燃烧达到的风煤比创造 了基础条件，而且不使炉膛吸入过多的冷空气和烟道排出过多的热空气而节省大量的能源，同时还避免了由于人工操作不当和维护不及时而引起的设备与人身事 故。  
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    1.2.5锅炉炉排变频柜：  

    该产品采用变频器开环控制投入炉膛的进煤量，并根据室外环境温度变化手动控制炉排电动机转速以调整其输煤量，保障进入炉膛的煤量充分地满足负荷的要求。  

    1.3.中央空调变频柜：  

    1.3.1冷却塔风机变频柜：  

    该产品采用变频器与温度变送器组成的闭环系统控制冷却塔的风机风量，根据冷却塔降温的冷却水温度与给定温度相比较，实现闭环自动控制风机的转速，达到节电和延长设备大修周期及使用寿命的目的。  

    1.3.2空调机组风机变频柜：  

    该产品采用变频器与微差压变送器组成的闭环系统自动控制送风机的风量，根据空调室内所要求的设定压力与空调室内反馈压力相比较实现闭环控制送风机的转速，使空调室内风压保持一个的正压值，达到满足空调室对风量的要求和节约电能的目的。  

    1.3.3空调冷却水泵变频柜：  

    该产品采用变频器与温差变送器组成的闭环系统自动控制冷却水泵的循环水量。温差大，则冷却水泵的转速提高；反之温差小，则冷却水泵的转速降低。  

    1.3.4空调冷冻水泵变频柜：  

    该产品采用变频器与温度变送器组成的闭环系统自动控制冷冻水泵的循环水量。回水温度高，则冷冻水泵的转速提高；反之回水温度低，则冷冻水泵转速降低。  

    1.4污水处理变频柜：  

    1.4.1污水泵变频柜：  

    该产品采用变频器与液位变送器组成的闭环系统自动控制污水泵转速，保障污水池水位恒定，从而见效污水池容积、稳定污水中的溶氧含量，延长污水处理设备的使用寿命。  

    1.4.2曝气机变频柜：  

    该产品采用变频器与溶氧变送器组成的闭环系统自动控制曝气机的转速，保障污水中溶氧量稳定在值范围内，有利于促进微生物生长活动，使污染物质迅速分解，从而达到降低污水处理成本成本的目的。 

   1.5工控系统变频柜：  

    1.5.1生产工艺设备变频柜：  

    该产品根据产品的工艺要求，对生产线的单合设备进行开环或闭环控制有关的工艺参数，能够改变传统工况，改善工艺条件，达到优质高产的效果。该产品多随机安装在工艺设备上。  

    1.5.2生产线工艺设备变频柜：  

    该产品根据产品的工艺要求，对生产线的多台设备进行开环或闭环控制有关工艺参数，通过可编程序控制器、人机界面与多台变频器联网，自动或手动改变生产线上的工艺参数和通过人机界面显示有关数据。 

    2、变频柜的应用与问题  

    2.1给水变频柜：  

    该 产品控制的给水方式具有占地面积小与投资少、节电节水、便于操作和运行经济合理等一系列优点，深得广大用户认可，新建和改建工程项目纷纷采用这种方式控制 给水设备。在城镇小区的居民楼给水系统中，采用普通型给水变频柜比较适用；在城市居民集中给水区、工矿企业和大型宾馆的洗浴服务中心的给水系统中，采用专 用给水变频柜比较适用。目前，国产变频器技术已经步入成熟阶段，完全能够胜任给水设备的工艺要求。推荐该设备控制的给水系统直接与自来水公司管网连接，通 过国产的自动补水气装置和流量调节器保护自来水管网不形成负压，确保自来水管网稳压、安全、节电和卫生地向用户给水。  

    2.2锅炉变频柜：  

    国 家即将出台限制性政策：“对新建和扩建工程需要调速运行的风机和水泵，一律不准采用挡板和阀门调节流量；对采用挡板和阀门调节流量的风机和水泵要分期、分 批和有步骤地进行调速改造”。因此，该产品在锅炉上的应用正是积极相应国家倡导建设节约型的环境友好社会的方针政策。尤其是北方地区的供暖企业，面对煤水 电涨价、大气排污收费、设备陈旧和粗放型管理的严峻形式，更应当相应国家号召，积极在在锅炉上应用该设备降低企业的运行成本，而不应当选择调整城市供热收 费标准的方式，来向市民多收费以便达到多煤多污染环境的可悲目的。实际上，早在本世纪初，就已经有超前意识的企业领导在本单位的锅炉上应用该产品，并且对 多台锅炉应用集散控制系统和变频调速装置相结合的一体化的控制方式，获得了非常显著的经济效益和社会效益。  
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    2.3空调变频柜：  

    目 前，该产品的应用已经从工矿企业进入了家庭领域，国产空调器几乎全部采用专用变频器自动控制送风系统调节风量。该产品在南方地区的工矿企业和宾馆洗浴中心 已经广泛应用，并且取得了很多成功的经验。在北方地区，如华北制药总厂在冷却塔的风机上应用该产品已达几十台，风机电动机的功率为75KW。在严寒的 冬季，还可以利用变频器的内置PLC功能，控制冷却塔风机自动调速不结冰或短期低速定时倒转消冰。在洁净和无菌生产车间，应用该产品不仅能够节省大量的电能，而且还能够根据空调室内人流物流变化、门窗开闭时间长短和设备同时运行台数自动调节送风机的风量，稳定车间的空调温度，缓解工人操作的疲劳强度。  

    2.4污水处理变频柜：  

    在国外，该产品的应用已相当普遍，国内进口的污水处理设备不仅在主机上应用该产品，而且在辅机的污泥输送机上也应用该产品。 

在 国内，却比较少见到该产品的应用报道，甚至一些即将竣工和正在施工的污水处理工程也没有采用该产品，有些从事环保事业的技术负责人还不了解变频器应用在污 水处理工程上的寂静和社会意义。不过，随着变频器日渐广泛和普及地应用，这种现状正在改变，如湖州市污水处理厂的原设计没有采用该产品调节曝气机的转速， 在试运行时发现曝气量太大，无法投入正常运行，只好在原设备的基础上，追加安装了曝气机变频柜。  
    2.5工程系统变频柜：  

    在 20世纪80年代后期，国内的一些大型企业，如石油、化工、机械和冶金等行业的企业开始在生产线上应用变频器，产品清一色的时国外进口，出现了一系列不适 合国情的问题，如技术资料、培训和售后服务工作不到位，导致于产品不规范安装和操作，甚至从来都没有对产品进行过维护和更换易损件，酿成大量变频器过早地 损坏，严重阻碍了该产品的应用进程。  

    在本世纪初，随着国产变频器的大量上市和进口变频器的国产化，这种状态已经有所改变。尤其是符合国情的高质量国产变频器的诞生与迅速推广应用，对国内普及应用该产品，不仅是一种强大的推动力，而且将影响到国内工矿企业传统工矿的更新。  

    3、对于国产变频柜的生产与应用方面的建议  

    3.1国家有关部门的积极引导：  

    随 着国产变频器时代的到来和进口变频器国产化，国家机械工业管理部门应尽快对国产与进口变频器的生产和应用开展调研工作，引导一批上档次的大型电气控制设备 厂与符合国情的高质量变频器厂联姻，相互促进，共同开发变频柜市场，力争在较短的时间内，使国产变频柜形成标准化的系列产品，并且积极创立国产变频柜民族 品牌。  

    3.2加大变频调速技术的普及及宣传力度：  

    目前，虽然国内变频器书籍已经有不少版本 发行，但是比较普及的初级教材还很少见，用户对国产和进口变频器的售后技术服务都有不同程度的不满，尤其是一些现场的电工对变频调速技术还或多或少有些神 秘感，非常渴望学习变频调速技术。在这种情况下，建议国家有关出版社、杂志社和变频柜制造厂商，根据国内变频器的应用现状和一些典型工程案例、编辑出版一 些通俗读本、教材及科普文章，举办有关的讲座和技术交流会，并且还应当报道一些国产变频器的应用情况，大力普及此项技术。  

    3.3颁发发展变频调速技术的有关方针政策：  

    目 前，国家虽然大力宣传建设节约型和环境友好社会的科学发展观，但是还有一些企业的领导只知道抓生产，却不重视降低企业运行成本，更不看重企业能源消耗也是 成本的一个重要成分。因此国家省市能源和环保管理部门应当联手抓紧时间协调和落实，尽快出台有关变频柜推广应用的文件，正确引导企业走出增产拼能源和原材 料消耗的误区，同时在报刊杂志上进行转载，让更多的人了解变频调速技术及其应用的意义，以便利于基层工作人员开展变频调速技术推广应用工作时有所依 据。