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高压变频在供水行业的优化应用
信息来源:荣信股份    发布日期:2015-07-27
1、总述
        高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术,主要用于交流电动机的变频调速,其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速)。变频调速以其显著的节能效益、高精确的调速精度、宽范围的调速范围、完善的电力电子保护功能,以及易于实现的自动通信功能,得到了广大用户的认可和市场的确认,在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面,也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务,使之成为企业采用电机节能方式的首选。
2、高压变频技术水厂改造优势
       水厂作为公共服务行业,在设备采购上主要考虑到设备的安全可靠,也要考虑到设备的性价比。随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的发展,作为大容量传动的高压变频调速技术也得到了广泛的应用。
电机采用高压变频器进行调速运行后,由于变频器对电机实现了软起,起电流大大减小,对机组几乎没有冲击,降低电机起电流的配电容量,避免增容投资,减少变压器的铜铁损耗,降低起机械应力,减小直接起动带来的机械冲力和因冲力而引起传动机械的磨损,延长电机及相关设备的寿命,大大减少了维护工作量,降低了维护成本。减轻开泵时对管道的冲击:一般来说工频起动时出水压力可达正常压力的1倍以上,持续几分钟时间,而变频起动时,出水压力可以做到几乎无变化。
        有些大用水量设备机组进水端有电动阀门,利用变频器压力闭环控制功能可起到有效的保护作用,避免由于误操作关闭进水阀门,导致供水管线压力骤增,造成爆管。
根据水厂变频器应用经验看,节能效果一般可达20%以上,供水波动有效的控制在稳定的范围内,电机的功率因数为0.97,减少了无功补偿装置,有效避免忽然启动对管网和阀门及其它供水设备的冲击,同避免了忽然停泵时的水锤效应,优化供水效率;另一方面,由于能根据负载调节机组的转速,更好地降低能耗,相应的延长了管网、水泵零部件,特别是密封件的寿命,较好地解决用水高峰压力不足而低谷时压力过剩的矛盾,降低了值班职员的劳动强度。
3、高压变频技术方案
         根据水厂负载参数,选用RHVC5-A06/280-F型泵类专用变频器1套,额定容量280kVA,额定电压6kV,适用于220kW水泵电机。
根据现场工况,目前有5台机组,可以选用一拖二手动切换方案,变频装置与电动机的连接方式如下图1所示:
 
图1 一拖二、手动切换系统一次接线示意图
开关说明:
QF为高压真空断路器、KM为接触器、QS为刀闸;
变频运行说明:
      控制回路准备就绪,上控制电,进入电压显示界面;
      上级高开柜内QF闭合,并观察高压是否显示正常;
      解除急停,按复位键;
      系统自动充电,30S后充电完毕,设备内部接触器合闸;
      按起动按钮,变频器进入运行状态,通过调节输出频率,实现对电机的工况调节,满足现场工艺设备和系统的要求。
        变频器可以根据工况条件自动调速。实现电机的软起动、调速在操作室和本地均可完成。变频器检修或者故障时,可通过手动旁路柜将变频器旁路掉,使系统处于工频运行状态。
4、双闭环优化供水控制
        要想让供水管网运行在一个相对稳定,却又合理的压力范围内,必须要同时兼顾管网出口端压力和最不利点压力情况,复杂的管网运行状态不易掌握,但可以通过同时控制这两点的压力值,人为的将其统一,这样即可保证供水需求,又会通过控制管网出口端压力进行调节机泵运行达到节能的效果。
集合单点压力闭环控制和段速压力控制的优势,能够快速响应,调节范围宽,管网系统稳定。系统如图2所示。以管网远方不利点作为恒压供水参考点,通过GPRS压力传感器把远方信号传给变频器作为压力反馈信号(P2传感器)。为了调节时保证出口压力不突变,把出口压力值反馈到变频器中(P1传感器)做为限制。当出口压力返馈值小于设定时(在屏幕上可以随时根据用水需求在线设置、修改出口压力限制值),系统进行以远程压力反馈点做PID控制。当出口压力返馈值大于设定时,系统不进行远程PID调节。保证输出压力恒定在限定值。
 
图2双闭环优化控制系统图
        双闭环优化控制系统通过运算、判断管网出口端、最不利点的反馈压力值与限定压力值使管网压力稳定运行在限定压力范围内从而规避大部分管网运行中出现的临时状况,并且此系统可以在线更改压力限制值,应对有特殊用水情况影响管网压力时可以及时调节管网运行压力,基本可以满足各种突变情况的用水需求。
目前这种双闭环控制系统已在我水厂成功运行,通过双闭环控制系统的自动调节,管网压力基本上能同时满足最不利点和管网正常出口端的压力需求,具体管网反馈点压力情况见图3:
 
图3管网出口端、最不利点压力反馈值
        如图3所示,在保障管网出口端压力的同时,管网的最不利点压力几乎始终保持在可供水压力范围内。
        实行双闭环控制系统后我水厂在满足管网最不利点供水需求的前提下,平均每天节约用电量800KWH左右,用电量下降4.2%。实践证明采用高压变频器双闭环优化供水是较为适合的控制模式。变频改造后系统通过压力闭环,可实现跟踪供水系统负载变化,调整电机的转速,保证出口压力恒定,可使供水系统工作在稳定的最佳运行状态下,并实现自动调节。
5、风道开放式散热
        高压变频器为电力电子技术集成产品,对运行环境有一定要求,高压变频器通常运行环境要求:+5 —+30 ºC, 湿度<95%, 无凝露,无粉尘,所以在安装变频设备时会将设备安装在封闭的房间内,以保证设备稳定、安全、可靠的运行。但是变频器内部带出来热量不排出室内或耗散,热量就会在室内聚集造成室温升高,这样就会影响变频器的正常运行及设备的使用寿命。
根据现场实际使用情况,为了保证变频器有效散热。在变频器上方加装风道,使变频器的热风通过柜顶风罩的聚集,再经由通往变频器室外的通风管道传出去,从而达到冷却效果。通风示意图如图4所示。
 
图4 现场通风示意图
        为了更好的保证变频器散热,另在变频器室内安装工业空调。空调容量选取原则是按变频器自身最大发热量和变频器室使用空间面积来选择。变频器自身发热量(变频容量4%)和变频器室空间所需制冷量。空调按每匹制冷量2.4kW计算。现场实际安装一台3P挂式空调。
6、结束语
        变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点,使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求,是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展,变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能,对合理设计变频调速恒压供水设备,降低成本,保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
 
参考文献:
1.荣信RHVC系列高压变频器用户手册  辽宁荣信电气传动技术有限责任公司高压变频器用户手册
2.中国工程建设协会标准:数字集成全变频控制恒压供水设备应用技术规程(CECS393:2015)  中国计划出版社; 第1版 2015.4
3.徐海 变频器原理及应用 清华大学出版社 第1版 2010.9
4.徐甫荣 高压变频调速技术工程实践 北京-中国电力出版社 2011.9
5.魏克新 自动控制综合应用技术 机械工业出版社 2012.6

 

 

 


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