變頻調(diào)速在福建恒源自來(lái)水廠的應(yīng)用方案介紹

PowerSmart系列高壓大功率變頻器，為電壓源型高-高變頻器。它采用多脈沖整流、多重化PWM、單元串聯(lián)疊加的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有模塊化設(shè)計(jì)、積木式組合、N+1備份、模塊故障自動(dòng)切除不間斷運(yùn)行、飛車(chē)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)、工頻與變頻不停電切換、單元自動(dòng)旁路、整機(jī)自動(dòng)與手動(dòng)旁路、高壓掉電再恢復(fù)、低壓掉電可連續(xù)運(yùn)行等功能，同時(shí)具有高功率因數(shù)、低諧波污染的特點(diǎn)，輸入和輸出電流波形均接近正弦波。作為“第四代中高壓變頻器”采用雙片DSP（數(shù)字系統(tǒng)處理器）作為控制系統(tǒng)的核心器件，解決了中、高壓變頻器采用工控機(jī)作為控制核心的所有缺點(diǎn)。本文通過(guò)高壓變頻器在現(xiàn)場(chǎng)大功率電動(dòng)機(jī)負(fù)載上的應(yīng)用，分析其工作原理，介紹了調(diào)速性能，對(duì)電壓源型高-高方式的高壓變頻器做了比較全面的介紹。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速、頻率、節(jié)能、電動(dòng)機(jī)

一． 基本概況

　　福建恒源自來(lái)水股份有限公司坐落在福建省三明市，擔(dān)負(fù)著整個(gè)三明市民用水的供給以及福建三鋼，三化兩廠的工業(yè)用水，水廠共有水泵6臺(tái)，包括有三臺(tái)6KW的大功率水泵以及三臺(tái)3KW的小功率水泵，在引進(jìn)高壓變頻器以前，水廠采用的是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的方式來(lái)控制水的流量，通過(guò)這種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

1、采用給水泵定速運(yùn)行，閥門(mén)調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、管損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)。

2、當(dāng)流量降低閥位開(kāi)度減小時(shí)，調(diào)整閥前后壓差增加工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，造成能耗增加。

3、長(zhǎng)期的40～70％閥門(mén)開(kāi)度，加速閥體自身磨損，導(dǎo)致閥門(mén)控制特性變差。

4、管網(wǎng)壓力過(guò)高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致閥門(mén)泄漏，不能關(guān)嚴(yán)等情況發(fā)生。

5、設(shè)備使用壽命短、日常維護(hù)量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費(fèi)。

　　解決上述問(wèn)題的重要手段之一是采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。利用高壓變頻器對(duì)給水泵電機(jī)進(jìn)行變頻控制，實(shí)現(xiàn)給水流量的變負(fù)荷調(diào)節(jié)。這樣，不僅解決了控制閥調(diào)節(jié)線性度差、純滯延大等難以控制的缺點(diǎn)，而且提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；更重要的是減小了因調(diào)節(jié)閥門(mén)孔口變化造成的壓流損失，減輕了控制閥的磨損，降低了系統(tǒng)對(duì)管路密封性能的破壞，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，維護(hù)量減小，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源。

二．泵類(lèi)負(fù)載變頻調(diào)速基本原理

　　借助改變泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，這是一種先進(jìn)的電子控制方法。轉(zhuǎn)速控制的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變所輸送液體的能量來(lái)改變流量。因?yàn)橹皇寝D(zhuǎn)速變化，閥門(mén)的開(kāi)度不變，如圖2所示，管阻特性曲線R1－Q也就維持不變。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的揚(yáng)程特性曲線Ha－Q與管阻特性曲線相交于點(diǎn)A，流量為Qa，出口揚(yáng)程為Ha。

　　當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，揚(yáng)程特性曲線變?yōu)镠c－Q，它與管阻特性曲線R1－Q的交點(diǎn)將下移到C，流變?yōu)闉镼c 。此時(shí)，假設(shè)將流量Qc控制為閥門(mén)控制方式下的流量Qb，則泵的出口壓頭將降低到Hc。因此，與閥門(mén)控制方式相比壓頭降低了：ΔHc=Ha-Hc。據(jù)此可節(jié)約能量為：ΔPc=ΔHc×Qb。與閥門(mén)控制方式相比，其節(jié)約的能量為：P＝ΔPb+ΔPc＝（ΔHb－ΔHc）×Qb

　　將這兩種方法相比較可見(jiàn)，在流量相同的情況下，轉(zhuǎn)速控制避免了閥門(mén)控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來(lái)的能量損失。在流量減小時(shí)，轉(zhuǎn)速控制使壓頭反而大幅度降低，所以它只需要一個(gè)比閥門(mén)控制小得多的，得以充分利用的功率損耗。泵的效率特性曲線η－Q，如圖3所示。隨著轉(zhuǎn)速的降低，泵的高效率區(qū)段將向左方移動(dòng)。這說(shuō)明，轉(zhuǎn)速控制方式在低速小流量時(shí)，仍可使泵機(jī)高效率運(yùn)行。

三． 經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)調(diào)度方案

　　自來(lái)水廠引進(jìn)的九洲高壓變頻器是“一拖三”型變頻器，既變頻器配套三個(gè)旁路柜，分別與三臺(tái)電機(jī)相連，通過(guò)旁路柜的刀閘對(duì)三臺(tái)水泵進(jìn)行工頻轉(zhuǎn)換，當(dāng)一臺(tái)水泵處于變頻狀態(tài)時(shí)，其余兩臺(tái)水泵處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。由于水廠此前已經(jīng)進(jìn)行了節(jié)能運(yùn)做，對(duì)其中的兩臺(tái)水泵（一臺(tái)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，另一臺(tái)為德國(guó)生產(chǎn)）已經(jīng)進(jìn)行了切削，水輪葉的面積大大縮小，因此使水泵的額定功率變小，節(jié)能空間也不如切削之前的效果好，經(jīng)過(guò)我方變頻調(diào)試人員同用戶(hù)的共同協(xié)商，決定以其中一臺(tái)未經(jīng)過(guò)切削的#10水泵為主水泵，另外兩臺(tái)#9，#13水泵為備用泵。

三化，三鋼為自來(lái)水廠的兩個(gè)供水大戶(hù)。其中兩廠的情況如下：