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高壓變頻在供水行業的優化應用
信息來源:榮信股份    發布日期:2015-07-27
1、總述
        高壓交流變頻調速技術是上世紀90年代迅速發展起來的一種新型電力傳動調速技術,主要用于交流電動機的變頻調速,其技術和性能勝過其它任何一種調速方式(如降壓調速、變極調速、滑差調速、內反饋串級調速和液力耦合調速)。變頻調速以其顯著的節能效益、高精確的調速精度、寬范圍的調速范圍、完善的電力電子?;すδ?,以及易于實現的自動通信功能,得到了廣大用戶的認可和市場的確認,在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面,也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務,使之成為企業采用電機節能方式的首選。
2、高壓變頻技術水廠改造優勢
       水廠作為公共服務行業,在設備采購上主要考慮到設備的安全可靠,也要考慮到設備的性價比。隨著電氣傳動技術,尤其是變頻調速技術的發展,作為大容量傳動的高壓變頻調速技術也得到了廣泛的應用。
電機采用高壓變頻器進行調速運行后,由于變頻器對電機實現了軟起,起電流大大減小,對機組幾乎沒有沖擊,降低電機起電流的配電容量,避免增容投資,減少變壓器的銅鐵損耗,降低起機械應力,減小直接起動帶來的機械沖力和因沖力而引起傳動機械的磨損,延長電機及相關設備的壽命,大大減少了維護工作量,降低了維護成本。減輕開泵時對管道的沖擊:一般來說工頻起動時出水壓力可達正常壓力的1倍以上,持續幾分鐘時間,而變頻起動時,出水壓力可以做到幾乎無變化。
        有些大用水量設備機組進水端有電動閥門,利用變頻器壓力閉環控制功能可起到有效的?;ぷ饔?,避免由于誤操作關閉進水閥門,導致供水管線壓力驟增,造成爆管。
根據水廠變頻器應用經驗看,節能效果一般可達20%以上,供水波動有效的控制在穩定的范圍內,電機的功率因數為0.97,減少了無功補償裝置,有效避免忽然啟動對管網和閥門及其它供水設備的沖擊,同避免了忽然停泵時的水錘效應,優化供水效率;另一方面,由于能根據負載調節機組的轉速,更好地降低能耗,相應的延長了管網、水泵零部件,特別是密封件的壽命,較好地解決用水高峰壓力不足而低谷時壓力過剩的矛盾,降低了值班職員的勞動強度。
3、高壓變頻技術方案
         根據水廠負載參數,選用RHVC5-A06/280-F型泵類專用變頻器1套,額定容量280kVA,額定電壓6kV,適用于220kW水泵電機。
根據現場工況,目前有5臺機組,可以選用一拖二手動切換方案,變頻裝置與電動機的連接方式如下圖1所示:
 
圖1 一拖二、手動切換系統一次接線示意圖
開關說明:
QF為高壓真空斷路器、KM為接觸器、QS為刀閘;
變頻運行說明:
      控制回路準備就緒,上控制電,進入電壓顯示界面;
      上級高開柜內QF閉合,并觀察高壓是否顯示正常;
      解除急停,按復位鍵;
      系統自動充電,30S后充電完畢,設備內部接觸器合閘;
      按起動按鈕,變頻器進入運行狀態,通過調節輸出頻率,實現對電機的工況調節,滿足現場工藝設備和系統的要求。
        變頻器可以根據工況條件自動調速。實現電機的軟起動、調速在操作室和本地均可完成。變頻器檢修或者故障時,可通過手動旁路柜將變頻器旁路掉,使系統處于工頻運行狀態。
4、雙閉環優化供水控制
        要想讓供水管網運行在一個相對穩定,卻又合理的壓力范圍內,必須要同時兼顧管網出口端壓力和最不利點壓力情況,復雜的管網運行狀態不易掌握,但可以通過同時控制這兩點的壓力值,人為的將其統一,這樣即可保證供水需求,又會通過控制管網出口端壓力進行調節機泵運行達到節能的效果。
集合單點壓力閉環控制和段速壓力控制的優勢,能夠快速響應,調節范圍寬,管網系統穩定。系統如圖2所示。以管網遠方不利點作為恒壓供水參考點,通過GPRS壓力傳感器把遠方信號傳給變頻器作為壓力反饋信號(P2傳感器)。為了調節時保證出口壓力不突變,把出口壓力值反饋到變頻器中(P1傳感器)做為限制。當出口壓力返饋值小于設定時(在屏幕上可以隨時根據用水需求在線設置、修改出口壓力限制值),系統進行以遠程壓力反饋點做PID控制。當出口壓力返饋值大于設定時,系統不進行遠程PID調節。保證輸出壓力恒定在限定值。
 
圖2雙閉環優化控制系統圖
        雙閉環優化控制系統通過運算、判斷管網出口端、最不利點的反饋壓力值與限定壓力值使管網壓力穩定運行在限定壓力范圍內從而規避大部分管網運行中出現的臨時狀況,并且此系統可以在線更改壓力限制值,應對有特殊用水情況影響管網壓力時可以及時調節管網運行壓力,基本可以滿足各種突變情況的用水需求。
目前這種雙閉環控制系統已在我水廠成功運行,通過雙閉環控制系統的自動調節,管網壓力基本上能同時滿足最不利點和管網正常出口端的壓力需求,具體管網反饋點壓力情況見圖3:
 
圖3管網出口端、最不利點壓力反饋值
        如圖3所示,在保障管網出口端壓力的同時,管網的最不利點壓力幾乎始終保持在可供水壓力范圍內。
        實行雙閉環控制系統后我水廠在滿足管網最不利點供水需求的前提下,平均每天節約用電量800KWH左右,用電量下降4.2%。實踐證明采用高壓變頻器雙閉環優化供水是較為適合的控制模式。變頻改造后系統通過壓力閉環,可實現跟蹤供水系統負載變化,調整電機的轉速,保證出口壓力恒定,可使供水系統工作在穩定的最佳運行狀態下,并實現自動調節。
5、風道開放式散熱
        高壓變頻器為電力電子技術集成產品,對運行環境有一定要求,高壓變頻器通常運行環境要求:+5 —+30 ºC, 濕度<95%, 無凝露,無粉塵,所以在安裝變頻設備時會將設備安裝在封閉的房間內,以保證設備穩定、安全、可靠的運行。但是變頻器內部帶出來熱量不排出室內或耗散,熱量就會在室內聚集造成室溫升高,這樣就會影響變頻器的正常運行及設備的使用壽命。
根據現場實際使用情況,為了保證變頻器有效散熱。在變頻器上方加裝風道,使變頻器的熱風通過柜頂風罩的聚集,再經由通往變頻器室外的通風管道傳出去,從而達到冷卻效果。通風示意圖如圖4所示。
 
圖4 現場通風示意圖
        為了更好的保證變頻器散熱,另在變頻器室內安裝工業空調??盞魅萘墾∪≡蚴前幢淦燈髯隕磣畬蠓⑷攘亢捅淦燈魘沂褂每占涿婊囪≡?。變頻器自身發熱量(變頻容量4%)和變頻器室空間所需制冷量??盞靼疵科ブ評淞?.4kW計算。現場實際安裝一臺3P掛式空調。
6、結束語
        變頻調速恒壓供水設備以其節能、安全、高品質的供水質量等優點,使我國供水行業的技術裝備水平從90年代初開始經歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統實現水泵電機無級調速,依據用水量的變化自動調節系統的運行參數,在用水量的變化自動調節系統的運行參數,在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求,是當今最先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中得到了很大的發展。隨著電力電子技術的飛速發展,變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能,對合理設計變頻調速恒壓供水設備,降低成本,保證產品質量等方面有著非常重要的意義。
 
參考文獻:
1.榮信RHVC系列高壓變頻器用戶手冊  遼寧榮信電氣傳動技術有限責任公司高壓變頻器用戶手冊
2.中國工程建設協會標準:數字集成全變頻控制恒壓供水設備應用技術規程(CECS393:2015)  中國計劃出版社; 第1版 2015.4
3.徐海 變頻器原理及應用 清華大學出版社 第1版 2010.9
4.徐甫榮 高壓變頻調速技術工程實踐 北京-中國電力出版社 2011.9
5.魏克新 自動控制綜合應用技術 機械工業出版社 2012.6

 

 

 


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