引言
平山水源供水工程取水泵站設(shè)4臺(tái)三相異步電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為YJS-500-4，額定功率710kW，額定電壓10kV，額定功率因數(shù)0．89，電機(jī)防護(hù)等級(jí)為IP54(防塵、防濺水)，F(xiàn)級(jí)絕緣，3用1備，每臺(tái)機(jī)組的額定流量為1 800m3／h，揚(yáng)程為120m。經(jīng)68km的輸水管線，到葫蘆島市郊的老合臺(tái)配水站。該水源工程初步設(shè)計(jì)為，在配水站設(shè)有2個(gè)1．5萬噸的蓄水池。后因配水站中又新建了1個(gè)5萬噸的凈水廠，將蓄水池位置擠占。而泵站運(yùn) 行后，各廠需水量又很不穩(wěn)定。這就要求水源泵站來水量也隨之變化。滿足這種要求主要有3種方法：采用調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)；采用閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)；采用調(diào)節(jié)水池。但它們都有其缺點(diǎn)。
實(shí)際上，在此之前一直使用調(diào)節(jié)閥門開度的方法改變管網(wǎng)流量，既易損壞閥門，又造成了能源的浪費(fèi)。因而公司決定采用電機(jī)調(diào)速技改。
而本改造設(shè)計(jì)是在不改變泵站土建結(jié)構(gòu)、工藝泵型及管線和變電所主接線且充分利用原有設(shè)備的前提下進(jìn)行的，以下3種方案可供選擇。
1 方案1：低壓大容量變頻器
1．1系統(tǒng)配置
即所謂的高一低一高方案，變頻調(diào)速電機(jī)電壓等級(jí)采用10kV，變頻器電壓等級(jí)采用690V。由高壓開關(guān)柜出來的10kV電源經(jīng)降壓變壓器，降為690V，供給變頻器。再由變頻器經(jīng)升壓變壓器，升為10kV，供給10kV電機(jī)。輸出電壓特性具有低諧波分量，在選用其他廠商生產(chǎn)的電機(jī)時(shí)，需要一個(gè)輸出濾波器，而本工程采用的電機(jī)是利用西門子技術(shù)制造的所以不用另加。
泵站的控制系統(tǒng)采用S7-300PLC作為控制部分，可用人機(jī)界面操作面板進(jìn)行操作。
1．2硬件設(shè)計(jì)
6SE70通用型變頻器體積小，功能強(qiáng)，全部采用模塊化設(shè)計(jì)；功率元件是LV-IGBT，輸出頻率范圍是0~150Hz；降壓變壓器要求特殊制造，升壓變壓器可采用國內(nèi)制造的普通型變壓器。
人機(jī)界面操作面板是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)設(shè)置，監(jiān)視和工藝流程圖顯示的人機(jī)對(duì)話的界面。
6SE70系列西門子工程型變頻器帶有直流中間回路， 具有全數(shù)字化技術(shù)和IGBT功率部分，具有完美的設(shè)計(jì)和較高的性價(jià)比。調(diào)速范圍：5 0 0--1 5 0 0r／min(33~100％)。
2方案2：?jiǎn)卧?lián)多電平高壓變頻器
2．1系統(tǒng)配置
主要原理是利用移相變壓器得到多組低壓工頻電壓，采用多級(jí)低壓小功率IGBT的PWM變頻單元，分別進(jìn)行整流、濾波、逆變，串聯(lián)疊加得到高壓三相變頻輸出。每個(gè)功率單元由一體化的輸入隔離變壓器的副邊線圈供電，且互相存在一個(gè)相位差以實(shí)現(xiàn)輸入多重化，由此可消除各功率單元產(chǎn)生的諧波。另外，每個(gè)功率單元都是一個(gè)三相輸入，單相輸出的變頻器，每7個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，通過采用多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，得到近乎完美的正弦輸出波電壓。
泵站的控制系統(tǒng)采用S7-300PLC作為控制部分，可用人機(jī)界面操作面板進(jìn)行操作，可由遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控。
主要技術(shù)特點(diǎn)為：由于采用隔離變壓器，因此對(duì)電源側(cè)諧波和電網(wǎng)污染都很小。諧波符合1992年制定的IEEE519標(biāo)準(zhǔn)和GB／T14549，93國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求。負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0．9，變頻裝置不用無功補(bǔ)償。由于采用了多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，對(duì)電機(jī)輸出諧波更小，幾乎可認(rèn)為是正弦波，因而不用考慮因諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及電機(jī)發(fā)熱、噪音問題。采用多重化的技術(shù)，使用功率元件的數(shù)量增加。功率單元可選擇旁路，可讓用戶在一個(gè)功率單元故障的情況下繼續(xù)運(yùn)行變頻。變頻器整機(jī)也可選擇旁路，可讓用戶電機(jī)在變頻器故障的情況下繼續(xù)運(yùn)行，無需馬上停機(jī)。適配電機(jī)額定電壓可達(dá)10kV，對(duì)電機(jī)沒有特殊要求，可適用于任何電機(jī)，而不用配置輸出濾波電抗器。調(diào)速范圍：5 00-1 5 0 0r／min(33％~100％)。
2．2硬件設(shè)計(jì)
移相變壓器是一干式多繞組變壓器，為柜裝變壓器，可與功率單元柜并柜布置，功率單元采用LV-IGBT。
3 方案3：內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速(改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率調(diào)速)
3．1系統(tǒng)配置
泵站保留原有3臺(tái)恒速泵，將另一臺(tái)恒速泵電機(jī)改為調(diào)速電機(jī)(型號(hào)YQT-2，功率710kW，額定電壓10kV)。此臺(tái)調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速由內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速柜(型號(hào)HClA-800／1000)控制，以調(diào)整其流量。泵站的控制系統(tǒng)采用S7-300 PLC控制，可用人機(jī)界面操作面板進(jìn)行操作。
3．2硬件設(shè)計(jì)
YQT-2型內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速電機(jī)是在定子部分增加一個(gè)與繞組同槽數(shù)同相位的附加繞組， 作為轉(zhuǎn)差功率反饋繞組，此時(shí)電機(jī)的定子部分就像一個(gè)變壓器，在繞組上產(chǎn)生一個(gè)與輸入功率相反的功率，這樣就抵消了部分輸入功率而達(dá)到節(jié)能目的。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速柜由啟動(dòng)整流柜、載波逆變柜、內(nèi)補(bǔ)償柜組成。調(diào)速范圍：817~1480r／min(60％-100％)。
4 實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)方案的比較
方案1、2初次投資相差不多，方案3最少。
方案1、2的調(diào)速比(33％~100％)比方案3調(diào)速比(60％-100％)寬，但需增加80m2建筑面積的平房和
2臺(tái)變壓器(Se=1000kVA變比為10／0．71kV 1臺(tái)；Se=1000kVA變比為10／0．69kV 1 臺(tái))。由于資金問題， 只能用原有的電機(jī)。
方案2調(diào)速比能滿足要求，但需增加不小于40m2*****建筑面積的平房。由于采用多電平輸出諧波非常小，幾乎可以認(rèn)為是正弦波，可以用原有的電機(jī)。使用功率元的數(shù)量多，可能故障的環(huán)節(jié)就相對(duì)多一些，如果處理不及時(shí)，易造成功率元件"雪崩"故障。IGBT具有快速的開關(guān)性能，但在高壓變頻中其導(dǎo)電損耗高，變頻裝置的發(fā)熱是個(gè)不能輕視的問題。采用風(fēng)冷時(shí)，噪聲會(huì)較大。
方案3調(diào)速比(60％~100％)沒有方案1、2寬，并且電機(jī)要更換，必須是串級(jí)調(diào)速電機(jī)，此電機(jī)為繞線式電機(jī)，利用滑環(huán)將轉(zhuǎn)子電流輸出，反饋回電機(jī)。正因如此，所以故障率相比方案1、2高一些，但不需要加變壓器，土建也不需要增加面積，施工方便。
5 結(jié)束語
經(jīng)過大量的調(diào)研工作，經(jīng)各方面綜合比較，最后采用了方案2，并決定采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)：?jiǎn)卧?lián)多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)，并且選用了北京利德華福技術(shù)有限公司生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平高壓變頻器，變頻器型號(hào)規(guī)格為HARSVERT-A10／058。
經(jīng)過2年多的運(yùn)行，節(jié)能效果比較顯著，整個(gè)變頻系統(tǒng)也沒出現(xiàn)大的問題，總體上運(yùn)行性能比較穩(wěn)定。既降低了值班工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了維修費(fèi)用。
但也有其缺點(diǎn)：發(fā)熱比較厲害，尤其夏季環(huán)境溫度較高時(shí)，為此在變頻器室安裝了空調(diào)設(shè)備。
總的來說對(duì)于舊工程進(jìn)行變頻改造效果令人滿意。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|