石獅供水股份有限公司 王建浦 北京利德華福電氣技術有限公司 賈恩存
 一、前言 福建石獅供水公司設計有三台供水泵組,前期為兩台(#2、#3)供水泵組工頻啟動運行(#1供水泵組進行技改),#2機組電機功率為200kW/10kV,泵組額定流量為4200m3/h,#3機組電機功率為1120kW/10kV,泵組額定流量為8200m3/h,由(you)於(yu)全(quan)天(tian)各(ge)個(ge)時(shi)間(jian)段(duan)電(dian)價(jia)的(de)不(bu)同(tong)及(ji)水(shui)廠(chang)用(yong)水(shui)量(liang)變(bian)化(hua)較(jiao)大(da)的(de)因(yin)素(su),水(shui)廠(chang)平(ping)時(shi)要(yao)靠(kao)經(jing)常(chang)啟(qi)停(ting)供(gong)水(shui)泵(beng)組(zu)來(lai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)供(gong)水(shui),會(hui)造(zao)成(cheng)工(gong)頻(pin)啟(qi)動(dong)供(gong)水(shui)泵(beng)時(shi)對(dui)泵(beng)組(zu)及(ji)供(gong)水(shui)管(guan)道(dao)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)衝(chong)擊(ji)威(wei)脅(xie),並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)閥(fa)門(men)的(de)開(kai)度(du)來(lai)調(tiao)節(jie)供(gong)水(shui)量(liang),大(da)量(liang)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)在(zai)閥(fa)門(men)上(shang)。考(kao)慮(lv)到(dao)上(shang)述(shu)因(yin)素(su),供(gong)水(shui)站(zhan)決(jue)定(ding)對(dui)#1供水泵組進行技改。 二、變頻改造方案 經過考察及研究,變頻調速在節能、調速精度、調速範圍等方麵具有同其它調速裝置無法比擬的優越性,以及可以方便實現同自動化控製係統(如DCS係統等)的通訊,決定使用北京利德華福電氣技術有限公司變頻裝置帶#1泵組運行。並同時對#2、#3泵組進行增加軟啟動技改項目。 1、HARSVERT-A10/120型高壓變頻裝置原理 HARSVERT高壓變頻調速係統采用直接“高-高”bianhuanxingshi,weidanyuanchuanlianduodianpingtuopujiegou,zhutijiegouyouduozugonglvmokuaichuanlianercheng,congeryougezudiyadiejiaerchanshengxuyaodegaoyashuchu,taduidianwangxiebowuranxiao,zongtixiebojibianTHD小於4%,直接滿足IEEE519-1992的諧波抑製標準,輸入功率因數高,不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置;輸出波形質量好,不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機。 變頻裝置10KV係統結構由移相變壓器、功率單元和控製器組成。10KV係列有24個功率單元,每8個功率單元串聯構成一相。 每個功率單元結構以及電氣性能完全一致,可以互換,其電路結構見圖1,為基本的交-直-交單相逆變電路,整流側為二極管三相全橋,通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控製,可得到如圖2所示的波形。
 圖1. 功率單元電路結構
 圖2. 單元輸出的PWM波形 輸入側由移相變壓器給每個單元供電,移相變壓器的副邊繞組分為三組,構成48脈衝整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形,使其負載下的網側功率因數接近1。 另外,由於變壓器副邊繞組的獨立性,使每個功率單元的主回路相對獨立,每個功率單元等效為一台單相低壓變頻器。 輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電,通過對每個單元的PWM波形進行重組,可得到如圖3所示的階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好,dv/dt小,可減少對電纜和電機的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長,電機不需要降額使用,可直接用於舊設備的改造;同時,電機的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機械振動,減小了軸承和葉片的機械應力。
 圖3. HARSVERT-A係列變頻器的輸出波形 當某一個單元出現故障時,通過使圖1中的軟開關節點K導通,可將此單元旁路出係統而不影響其他單元的運行,變頻器可持續降額運行,可減少很多場合下停機造成的損失。 2、設備選型 引水一號機組技改配置水泵揚程45M,流量8600m3/h,配套電機1600kW/10kV,配套一台北京利德華福電氣技術有限公司1600kW/10kV高壓變頻調速係統,變頻係統安裝、調試在2004年7月份完成並開始運行。 自zi水shui站zhan引yin水shui通tong水shui以yi來lai,管guan路lu特te性xing不bu斷duan惡e化hua,後hou采cai用yong前qian加jia氯lv,管guan道dao特te性xing開kai始shi好hao轉zhuan,但dan未wei達da到dao設she計ji值zhi,選xuan型xing時shi水shui泵beng揚yang程cheng隻zhi有you根gen據ju實shi際ji情qing況kuang計ji算suan,水shui廠chang根gen據ju運yun行xing情qing況kuang將jiang水shui泵beng揚yang程cheng設she計ji值zhi由you50M降到45M,現實際運行時,額定點揚程45M,流量8600m3/h,保證了水泵在最高效區的運行。 三、改造後係統運行情況 1、變頻試運情況 試運行時,電機在頻率24-26Hz之間存在機械共振,後設置變頻跳躍頻率點,避開共振區,供水泵組穩定運行;實際調速時,水泵轉速可降到額定的40%,即198轉/分鍾穩定運行,各種參數符合其特性曲線。 2、變頻操作及節能情況 這次技改,通過變頻可以減少工作人員的工作量、保護管道、節(jie)省(sheng)電(dian)耗(hao),在(zai)選(xuan)型(xing)及(ji)可(ke)行(xing)性(xing)認(ren)證(zheng)中(zhong)水(shui)站(zhan)投(tou)入(ru)了(le)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)精(jing)力(li),引(yin)水(shui)變(bian)頻(pin)的(de)使(shi)用(yong)屬(shu)於(yu)采(cai)用(yong)調(tiao)速(su)且(qie)管(guan)路(lu)特(te)性(xing)不(bu)變(bian)的(de)情(qing)況(kuang),水(shui)泵(beng)運(yun)行(xing)時(shi)單(dan)泵(beng)走(zou)單(dan)管(guan),不(bu)屬(shu)於(yu)變(bian)頻(pin)和(he)工(gong)頻(pin)水(shui)泵(beng)並(bing)聯(lian)運(yun)行(xing)的(de)情(qing)況(kuang),應(ying)該(gai)算(suan)是(shi)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)並(bing)且(qie)最(zui)省(sheng)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang),但(dan)實(shi)際(ji)上(shang),由(you)於(yu)峰(feng)穀(gu)電(dian)價(jia)、調節池的水位調節、水廠用水量變化較大(水廠取水隻可用開關水泵調節)等因素,不能單純地按流量來調節,需要建立一個有效的數學模型進行變頻的控製,現將變頻的控製做一個說明: 〈1〉變頻的數據采集是通過變頻本身的PLC模塊實現,PLC模塊和工控機通過485卡通訊,水站通過原有控製係統AB的PLC和變頻器西門子的PLC進行Modbus通訊,通訊成功後信號非常穩定。 〈2〉變頻控製分開環和閉環控製(恒壓供水)兩種,水站的運行方式為開環運行,即在AB的PLC內計算數值輸送到變頻進行控製,泵站控製係統上位機的控製分為手動和自動兩種,手動即手動輸入頻率,自動為AB的PLC根據調節池水位、峰穀電價、總(zong)用(yong)水(shui)量(liang)的(de)情(qing)況(kuang)計(ji)算(suan)出(chu)變(bian)頻(pin)頻(pin)率(lv)控(kong)製(zhi)變(bian)頻(pin),自(zi)動(dong)方(fang)式(shi)受(shou)影(ying)響(xiang)方(fang)式(shi)較(jiao)多(duo),為(wei)了(le)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi),水(shui)站(zhan)先(xian)對(dui)中(zhong)控(kong)調(tiao)度(du)主(zhu)機(ji)進(jin)行(xing)軟(ruan)件(jian)修(xiu)改(gai),穩(wen)定(ding)了(le)數(shu)據(ju)傳(chuan)送(song),並(bing)在(zai)調(tiao)節(jie)池(chi)增(zeng)加(jia)了(le)水(shui)位(wei)信(xin)號(hao)。 在信號穩定之前,變頻控製采用手動控製,電價穀值開1、3號機,其餘開1、2號機,峰值變頻頻率調在30Hz,平值根據水位手動調節,這樣整個供水係統可年省100萬元以上(日供30萬噸),但手動調節存在不能合理地分配平值電價時的流量及時間控製上的誤差以及對日供水量的估計不足等因素,因此,水站在日供水在27.5-31萬噸時建立一模型,和手動調節的唯一不同在平值電價時頻率根據調節池水位及總用水量(山兜取水量+20萬噸取水量)進行調節,調節池水位設定在3.3m,運行一星期,和手動調節相比,千噸水的耗電量由112度降到105度(日供30萬噸),以平均電價0.51元/度計算,日省1071元,年省38萬元,自動運行後,到晚上11:00調節池水位保持在3.28-3.38之間,達到設計理想值,若將保持水位降到3.3M以下,則省電效果更加明顯。 在日供水流量低於27.5萬噸或大於31萬噸時,要達到最佳省電效果要調節工頻機(2#、3#機組)deyunxingshijian,gengjiafuza,xianshuichangzhengzainulijinxingjisuan,zhengqukeyinachuyigezuijiadefangan。kejian,jianliyigekexingyouxiaodemoxingshishengdiandeguanjian,zaizuohaorichangweihudetongshi,xushishigenjuguandaocanshujishuibengyunxingcanshumoxingwanshanyunxingmoxing,shizhikeyirangbianpinfahuizuidadezuoyong。 四、結束語 gaoyabianpinzhuangzhiqijienengxiaoguomingxian,caiyongbianpintiaosuhou,shixianledianjideruanqidong,yanchangledianjideshouming,jianshaoleduiyinshuiguanludechongji,yinshuiguanludangbanquankai,yejianshaoleyinshuiguandaodezhendonghemoca。zongzhi,xiwangyibeijinglidehuafudianqijishuyouxiangongsiweidaibiaoshengchandegaoyabianpintiaosuxitongnengyiqikekaodeyunxingxingnengjilianghaodejienengxiaoguoweishishigongshuizhanjiqitaguangdayonghuchuangzaolegengdadejingjixiaoyiheshehuixiaoyi。
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