图4 高压变频器的输出电压和电流波形

3 循环水泵变频改造方案
3.1 变频器选型
改造的循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度的方式控制流量，由于电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起的阻力损耗，电能的浪费特别严重，影响机组的经济运行。
一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机在额定出力内进行不同转速的调节。在现实生产工作中，根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。奎屯电厂循环水泵的配套电机功率为6KV/250KW，为了满足50Hz时满负荷运行要求，为其配备了容量为320kVA的变频器以满足各种工况下不同转速调节的要求。

3.2 系统方案
对电厂循环水泵的变频改造遵循了“最小改动，最大可靠性，最优经济性”原则，为两台循环水泵电机进行了“一拖二”改造，此方案的优点是两台电机可以其中任何一台变频运行，另外一台工频运行或工频备用，电机的变频方案示意图如图5所示。

图5 循环水泵变频方案示意图

图5中工频旁路系统由两个高压柜组成，每个高压柜内有3个高压隔离开关，其中刀闸QS1、QS2 与QS3，QS4、QS5与QS6 有机械互锁，不能同时合；QS1与QS4、QS5，QS4与QS1、QS2 有电气互锁，不能同时合。进行变频改造后，循环水泵的阀门开度保持全开，基本不需要改变。根据实际所需的水量，由DCS系统通过PID调节，输出4～20mA模拟电流信号送给变频器，变频器通过调节输出频率改变电机的转速，达到调节流量的目的，满足运行工况的要求。
同时，变频改造后电机在启动和调节过程中，转速平稳变化，没有出现任何冲击电流，解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动系统、主机及管道的冲击应力，大大降低维护保养费用。

4 节能分析
4.1 节能原理
根据水泵工作原理与运行曲线，我们可以得到图6中的100％转速运行曲线，这条曲线配合水泵在不同流量运行时的特性曲线（阻抗曲线）可以得到在未应用变频调速情况下使用阀门调节控制流量、压力。
理论上，全流量工作时，采用变频器和阀门调节时，输入的功率一致，其功率为AI0K包围的面积，当水泵运行点由A（100％流量）点移动到B点（80％流量）时，如果采用阀门调节控制时，电动机的功率为BH0L包围的面积，但是采用变频器拖动水泵后，由于特性的改变，其输入功率为EJ0L包围的面积，其节能效果为：BHJE包围的面积。因此在理论上，采用变频器改造水泵后，将会取得很好的节能效果。

图6 水泵阀门调节与变频调节运行曲线图

由流体力学可知流量Q与转速n的一次方成正比，压力H与转速n的平方成正比，轴功率Ps与转速n的立方成正比，即Q ∞ n，H ∞ n2，Ps ∞ n3。