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變頻調(diào)速裝置在新型農(nóng)村供水泵站中的應(yīng)用

2015-10-24 9:54:11??????點擊:

變頻調(diào)速裝置在新型農(nóng)村供水泵站中的應(yīng)用

 

  隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展,新的工業(yè)區(qū)不斷涌現(xiàn),居民的居住也愈發(fā)密集,小區(qū)及高層建筑越來越多,因此對供水也提出了更高的要求。但在居民生活用水、工業(yè)用水、消防、各類自來水廠、油庫、恒壓補水噴淋等供水系統(tǒng)中,目前都是采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設(shè)備進行供水,這些設(shè)備不僅維護量大,投資多,占地面積大,能量浪費嚴重,而且還不能滿足工業(yè)消防等高水壓、大流量和自動改變供水流量以適應(yīng)小區(qū)或高層建筑內(nèi)每天24小時不斷變化的用水量的要求,更達不到高效率和節(jié)能的要求, 因此,尋求一種有效、可靠、經(jīng)濟的方法來實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié), 從而使水泵始終高效工作, 并能提高泵站的各項技術(shù)經(jīng)濟指標,達到節(jié)能的目的顯得尤為重要。

 

1供水泵站系統(tǒng)存在的問題

  某供水泵站于1999年建成?,F(xiàn)泵房內(nèi)安裝4臺6kV臥式離心水泵電動機組,單機容量1250kW,工程供水規(guī)模310m3/s。正常情況下,系統(tǒng)設(shè)計投入3臺機組,1臺備用,由定速電動機驅(qū)動。水泵站裝機按最不利條件下、最大時流量和所需相應(yīng)揚程決定。泵站供水對象用水量不均勻,實際上每天只有很短時間能達到最大流量,大多數(shù)時間里,水泵站都處在小流量下工作。流量變化影響管網(wǎng)水頭損失變化,尤其是地勢平坦地區(qū),在幾何揚程很小的情況下,送水泵站出口所需壓力隨流量變化更顯著。為適應(yīng)流量變化,泵站運行中多采取關(guān)小出口閥門控制流量。由此產(chǎn)生以下問題:

  1.1人工調(diào)節(jié)閥門開度,流量難以精確控制,系統(tǒng)效率低。

  1.2當流量降低、閥位開度減小時,閥門前后壓差增加,阻力增大,能耗增加。

  1.3閥門長期處于40%~70%開度運行,加速閥體自身磨損,導(dǎo)致閥門控制特性變差。

  1.4閥門調(diào)節(jié)不當增加了管網(wǎng)水錘壓力,降低了工作安全特性。過高的管網(wǎng)壓力威脅設(shè)備的密封性能,造成管網(wǎng)、閥門泄漏。

  1.5水泵及閥門系統(tǒng)的使用壽命變短,日常維護量大,維修成本較高。

  1.6吸水池高水位、調(diào)節(jié)池低水位時,兩臺泵并聯(lián)運行,管道出現(xiàn)互激水力振動現(xiàn)象。

  為解決以上問題,將3#機改為變頻調(diào)速運行,利用高壓變頻器對水泵電動機進行變頻控制,實現(xiàn)供水流量的變負荷調(diào)節(jié),達到恒壓供水目標。不僅解決了閥門調(diào)節(jié)線性度差的問題,還提高了系統(tǒng)運行的可靠性;更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門孔口變化造成的壓力損失,減輕了閥門磨損,降低了系統(tǒng)對管路密封性能的破壞,延長了設(shè)備使用壽命,減少了維護量,改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟性,節(jié)約了能源,為降低廠用電率提供了良好的途徑。

 

2變頻調(diào)速節(jié)能分析

  根據(jù)泵與風(fēng)機學(xué)的相似定律,水泵系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)時,直接通過改變水泵電機頻率改變電動機轉(zhuǎn)速,以滿足不同運行工況的需求。此時電機消耗的能量已與電機轉(zhuǎn)速立方的關(guān)系下降,變頻調(diào)速節(jié)電效果從原理上分析非常顯著。

  變頻系統(tǒng)運行時,泵站出口壓力維持不變。給定出口壓力為Hg。當流量Q變動時,因轉(zhuǎn)速變化導(dǎo)致?lián)P程特性H1~Q上下移動,泵工作點在H=Hg線上作水平移動(A、B、C、D)。通過特性曲線可以清楚地看出水泵消耗軸功率的變化,即采用變頻調(diào)速保證壓力恒定與流量需求。原設(shè)計單臺運行時,H=Hg=60m,Q=Qg=3960m3/h。結(jié)合本項目改造水泵特性實際運行頻率設(shè)定在38Hz(保證壓力需求),根據(jù)公式 ,水泵流量和電機轉(zhuǎn)速成正比,可計算出不同轉(zhuǎn)速下的流量:Q=Qa=3960m3/h,na=998rpm(50Hz),N軸=743kW;Q=Qb=3564m3/h,nb=898rpm(45Hz),N軸=540kW;Q=Qc=3166m3/h,nc=798rpm(40Hz),N軸=380kW;Q=Qd=3000m3/h,nd=758rpm(38Hz),N軸=326kW。

 

3恒壓供水方案及PID調(diào)整

  經(jīng)綜合考慮,水泵高壓變頻系統(tǒng)采用恒壓供水方式,測量元件采用壓力傳感器,裝設(shè)在水泵機組出水口處,供水壓力V作為輸出量,Vi為恒定供水壓力設(shè)定值,整個系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制方式。高壓變頻器內(nèi)部內(nèi)嵌式可編程控制器采集供水壓力值V與給定值Vi進行比較,通過PID調(diào)整,將調(diào)整結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號傳送至變頻器,直至達到供水壓力給定值Vi。不管系統(tǒng)供水流量如何變化,供水壓力值V始終維持在給定壓力值Vi附近。

  高壓變頻器根據(jù)偏差相應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)PID參數(shù)。當運行參數(shù)遠離目標參數(shù)時,調(diào)節(jié)幅度加快,隨著偏差逐步接近,跟蹤幅度逐漸減小,接近相等時,系統(tǒng)將達到一個動態(tài)平衡,供水系統(tǒng)將達到恒壓運行穩(wěn)定狀態(tài)。

 

4高壓變頻器技術(shù)實施方案

4.1技術(shù)參數(shù)

  配置4臺相同離心水泵(3用1備),水泵型號28SH—12,額定流量1.1m3/s,額定揚程60m,額定功率743kW;電動機型號YRKK630—6,額定電壓6kV,額定功率1250kW,額定電流145A,轉(zhuǎn)速998r/min,功率因數(shù)0184。高壓變頻器型號HINV—06/1570B,額定容量1570kVA,額定電流150A,額定電壓6kV,輸出頻率0~50Hz,加減速時間0~3200s,過載能力125%/min,具過壓保護、欠壓保護、過電流保護等功能。

4.2技術(shù)方案

  考慮高壓變頻設(shè)備利用率最大化與遠期變頻應(yīng)用等,將變頻系統(tǒng)方案配置為“一拖二”,一套變頻系統(tǒng)拖動一臺電機變頻運行,另一臺可工頻運行,即一臺水泵由變頻器拖動,另外一臺水泵由6kV高壓電源直接驅(qū)動。遠期計劃中,將拖動對象中的負載改為不同母管下的水泵,以適應(yīng)供水負荷的變化。

  變頻系統(tǒng)方案說明:M1變頻運行時,斷開QS3、QS6、QF2,閉合QS2、QS5、QF1;M2變頻運行時,斷開QS2、QS5、QF1,閉合QS3、QS6、QF2;M1/M2工頻運行時(系統(tǒng)檢修或故障運行狀態(tài)),斷開QS2、QS3、QS5、QS6,閉合QS1/QS4。

  6/10kV電源經(jīng)用戶輸入真空開關(guān)QF1,通過變頻裝置進線刀閘QS2到高壓變頻調(diào)速裝置,變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS5送至電動機M1;經(jīng)用戶輸入真空開關(guān)QF2,通過變頻裝置進線刀閘QS3到高壓變頻調(diào)速裝置,變頻裝置輸出經(jīng)出線刀閘QS6送至電動機M2;還可以經(jīng)旁路刀閘QS1、QS4直接起動電動機M1、M2。

  變頻裝置的刀閘QS1和刀閘QS2互相閉鎖,即QS2和QS1不能同時閉合;刀閘QS3和刀閘QS4互相閉鎖,即QS3和QS4不能同時閉合。

  旁路柜作用如下:當變頻裝置工程檢修時,可手動操作刀閘,形成明顯斷電點,保證人身安全;當變頻裝置出現(xiàn)故障時,也可手動操作刀閘,隔離變頻裝置,使負載在工頻電源下正常運行,保證生產(chǎn)安全、持續(xù)進行。

  根據(jù)泵站供水系統(tǒng)改造報表統(tǒng)計,改造前水的單位電耗為0.34kWh/t,改造后平均為0.306kWh/t,一年可節(jié)約電能183萬kWh(年均運行時間250天)。按電價0.5元/kWh計算,年可節(jié)約電費近91.5萬元,最多1年半內(nèi)即可收回全部投資成本。

 

結(jié)語

  總之,變頻器是一項集現(xiàn)代化先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高效節(jié)能技術(shù),大大改善了供水生產(chǎn)及現(xiàn)場環(huán)境,不僅產(chǎn)生了很好的節(jié)能效益,還優(yōu)化了生產(chǎn)工藝。PLC控制技術(shù)、Profibus總線技術(shù)和高壓變頻技術(shù)的完美結(jié)合,使生產(chǎn)現(xiàn)場集成自動化程度更高,運行更穩(wěn)定,操作更簡單。

 

 

 

 

 

 

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