變頻器在二次供水泵站中的應(yīng)用
摘 要： 針對自來水二次轉(zhuǎn)壓泵站，變頻器調(diào)速應(yīng)用，介紹泵機節(jié)電方法，變頻調(diào)速節(jié)能在二次供水中的經(jīng)驗和成效。
關(guān)鍵詞： 二次供水，恒壓供水，變頻器，電機，水泵，節(jié)能降耗，調(diào)速控制，流量控制，監(jiān)控。
引言：當今電（動）機消耗的電能約占工業(yè)電耗的65%，如將占絕多數(shù)的非調(diào)速型電機改成調(diào)速運行，使其耗電量實現(xiàn)隨負荷大小而變化，則可節(jié)約大量能源。在二次供水轉(zhuǎn)壓泵站中，如果電機轉(zhuǎn)速可調(diào)，并能隨用水負荷大小而變化，那么對泵機保護的同時，更能節(jié)約大量的電能和水資源。
武漢市水務(wù)集團有限公司二次供水部，主要負責全市內(nèi)多、高層建筑和居民小區(qū)供水用水的管理。目前二次供水部有直管轉(zhuǎn)壓站84座，其中小區(qū)轉(zhuǎn)壓站81座，區(qū)域性轉(zhuǎn)壓站3座，轉(zhuǎn)壓站全部電耗為水泵類負荷即交流異步電動機。據(jù)統(tǒng)計5.5kw～120kw電機已經(jīng)運行的有350臺左右。作為供水行業(yè)，泵機具有應(yīng)用量大，耗電多，節(jié)能潛力大的突出特點。實行節(jié)能、節(jié)電、降耗是一個緊迫的任務(wù)。這對二次供水行業(yè)優(yōu)質(zhì)供水，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)成本，具有非?，F(xiàn)實和深遠的意義。
二次供水泵站未改造前的設(shè)備非常簡陋落后。普遍是采用調(diào)整泵出水閥門來調(diào)節(jié)流量，需要專人值守，在不同的情況下，用人力來調(diào)節(jié)閥門開度。這種調(diào)節(jié)方式形成的供水壓力較高，造成嚴重的節(jié)流功率損失，泵的效率低，造成電力的浪費；電器設(shè)備，普遍采用全壓啟動電機方式和自耦變壓器降壓啟動，運行中電機啟動電流大，設(shè)備耗能多，故障率高，并無法實現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。根據(jù)以上情況，近年來，我們致力研究如何通過對泵機的調(diào)速控制來實現(xiàn)水泵運行中的流量控制，達到節(jié)能降耗，控制水泵運行流量的目的。
然而，調(diào)速運行的方式很多，其中變頻調(diào)速優(yōu)于以往任何一種交流調(diào)速方式，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣泛的高新技術(shù)。它采用最新微機控制、功率電子和電機傳動技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)交流電機的無級調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達到電機調(diào)速的目的。由于異步電機的同步轉(zhuǎn)速與輸入電源頻率成正比關(guān)系，所以改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，這也就達到了交流電機的調(diào)速要求。但在許多條件下，為了保持在調(diào)速時電機的最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持電機的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應(yīng)調(diào)節(jié)。變頻器就是利用變頻調(diào)速技術(shù)開發(fā)的典型產(chǎn)品，兼有調(diào)頻調(diào)壓兩種功能，通常成為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）變頻器，也稱作“交-直-交”變頻器。其工作原理為：工頻電源（380v，50hz）通過整流器部分，整流為固定的直流電壓，然后應(yīng)用大功率晶體管（GTO、GTR或IGBT）組成具有正弦波脈寬調(diào)制功能的三相橋式逆變器，將直流電逆變成具有可變電壓和可變頻率的交流電源。由于采用了微處理器編程的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方法，電流輸出波形近似于正弦波，故可用于驅(qū)動普通型交流異步電機來實現(xiàn)無級調(diào)速了。
所以，我們能通過使用變頻技術(shù)，通過調(diào)節(jié)泵機轉(zhuǎn)速，從而控制水泵出水流量。達到節(jié)能，降耗，無需人力調(diào)節(jié)，減少水泵機構(gòu)磨損等目的。曾測試：如將一臺154kw的變頻器用于相當功率的泵機的調(diào)速，每小時可節(jié)電近60kw.h，節(jié)電率達到68.5%。變頻技術(shù)的問世對于供水行業(yè)來說是個可喜的展望。
變頻控制技術(shù)的推廣，變頻器在恒壓供水方面的應(yīng)用和優(yōu)勢越來越被人們所熟知和接受。許多小區(qū)紛紛采用變頻器恒壓供水系統(tǒng)，以改善供水質(zhì)量保證優(yōu)質(zhì)供水。目前，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有以下幾種模式：1）“通用變頻器+PLC+PID控制器”，2）“通用變頻器+CPS供水控制器”，3）“內(nèi)置PI功能的變頻器+PLC”。這些系統(tǒng)硬件組成負責，成本高，二次開發(fā)工作量大，操作不直觀不方便，而且難以滿足泵站轉(zhuǎn)壓日益變化的控制需求，一旦泵站轉(zhuǎn)壓的供水模式改變，將不得不更改PLC軟件，重新進行系統(tǒng)設(shè)計等等，形成該系統(tǒng)的日常維護比較困難。經(jīng)過市場多方調(diào)查，結(jié)合供水行業(yè)情況和運行人員及其維修維護人員素質(zhì)，我們二次供水部選用了艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司的產(chǎn)品TD2100系列供水專用變頻器，為恒壓供水系統(tǒng)提供了一種全新的簡單靈活的全面解決方案，將大大改善現(xiàn)有的供水模式中的不足狀況。該變頻器是由美國德州儀器公司（TI），TMS320CF240（DSP）芯片構(gòu)成，運算速度為50ns，抗干擾性好，專用PLC，專用PI調(diào)節(jié)器，集變頻器于一身。在泵站較多，規(guī)模不大的現(xiàn)場中具有較高的性能價格比，是集供水控制和供水管理一體化的系統(tǒng)。目前廣泛的用于我部所直管泵站中。
該變頻器為供水專業(yè)變頻器。采用先進的空間矢量控制算法，內(nèi)置供水專用PI調(diào)節(jié)器，提供了多種供水模式，在變頻泵固定的情況下，最多可控制7臺泵，在循環(huán)泵方式可實現(xiàn)4臺泵的控制。自帶電池的定時時鐘控制，使各泵工作時間均衡，多段壓力設(shè)定，每日可設(shè)置最多6段壓力運行，以適應(yīng)不同時間段的用水需求，更有效的節(jié)能，并能實現(xiàn)小區(qū)優(yōu)質(zhì)恒壓供水。其他，如休眠泵控制，消防泵控制，停電再啟動等多種專用功能保證了高精度的控制要求，有利于實現(xiàn)供水模式的全面需求；保護功能如傳感器斷線檢測，管道過壓/欠壓，水池缺水檢測，消防信號輸入，故障自動啟動，排污檢測與控制，故障自動撥號等，保證了系統(tǒng)運行的安全性，其豐富的功能基本滿足泵站各種供水需求。
在選用艾默生專用變頻器用于泵站恒壓供水的基礎(chǔ)上通過幾年來實踐，我們在不斷的豐富和完善變頻柜的控制功能和方式的同時，也在逐步探索形成一套有針對性，適合小區(qū)供水結(jié)構(gòu)的特點。方式上增加了手動/自動，循環(huán)/指定等功能，使控制方式更為靈活多樣而且操作方便。為了實現(xiàn)小區(qū)泵站分散集中管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時選用了新型的多功能智能儀（電壓，電流，電量）為監(jiān)測，監(jiān)控打下基礎(chǔ)。由于泵站“庫改管”改造工程實施，大部分小區(qū)泵站改為管道取水轉(zhuǎn)壓，一旦管網(wǎng)停水降壓，變頻控制則失去保護。我們采用了FAB智能可編程控制器，取管網(wǎng)停水信號，電源斷相信號，變頻器故障動作信號，進行了自動撥號，語音播放，“無人值守”方案，保護了設(shè)備安全運行。同時，調(diào)度部門能及時掌握各泵站所發(fā)生的故障內(nèi)容，為小區(qū)泵站“無人值守”起到積極推進作用。
在我部直管的84座轉(zhuǎn)壓站中，其中使用變頻器技術(shù)的有45座，采用專用變頻器的有30座。據(jù)統(tǒng)計，使用變頻技術(shù)的泵站，節(jié)能效果顯著，電耗，能耗，都有大大的改善。而采用供水專用變頻器的泵站節(jié)能效果更為顯著，基本可實現(xiàn)無人值守，供水模式能滿足小區(qū)用水需要，維護方便，維修率低，符合小區(qū)優(yōu)質(zhì)供水的發(fā)展要求。
二次供水轉(zhuǎn)壓站分布武漢三鎮(zhèn)，點多，面廣。要實現(xiàn)分散—集中控制難度較大，目前，我們正在實施在現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)的條件下，通過中心站的工控機，兩部電話線，對各泵站的變頻器進行撥號輪巡，從而達到輪巡監(jiān)控的目的，管理人員通過對工控機的操作就能了解任何聯(lián)網(wǎng)泵站變頻器的運行狀態(tài)，并能實現(xiàn)參數(shù)修改，功能控制。當變頻器有故障發(fā)生時能通過調(diào)制解調(diào)器像中心站發(fā)出告警呼叫，工控機多媒體顯示告警內(nèi)容，方便調(diào)度人員報各部門及時處理。
二次供水部目前供水面積約9.76平方公里，轉(zhuǎn)輸能力為19210M2/H，受益人口約53萬人，隨著城市的發(fā)展，直管小區(qū)數(shù)量增多。泵站的節(jié)能，節(jié)電，降耗等問題在應(yīng)用變頻恒壓供水改造以后都有了巨大改善和飛躍；在逐步形成的泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)中，通過對泵站統(tǒng)一管理和及時操作，更能優(yōu)化變頻柜的控制和調(diào)速功能，使其在為我部運行生產(chǎn)中節(jié)能降耗，無人值守，小區(qū)恒壓優(yōu)質(zhì)供水等各方面工作更上一層樓，達到國內(nèi)同行領(lǐng)先水平。
關(guān)鍵詞： 二次供水，恒壓供水，變頻器，電機，水泵，節(jié)能降耗，調(diào)速控制，流量控制，監(jiān)控。
引言：當今電（動）機消耗的電能約占工業(yè)電耗的65%，如將占絕多數(shù)的非調(diào)速型電機改成調(diào)速運行，使其耗電量實現(xiàn)隨負荷大小而變化，則可節(jié)約大量能源。在二次供水轉(zhuǎn)壓泵站中，如果電機轉(zhuǎn)速可調(diào)，并能隨用水負荷大小而變化，那么對泵機保護的同時，更能節(jié)約大量的電能和水資源。
武漢市水務(wù)集團有限公司二次供水部，主要負責全市內(nèi)多、高層建筑和居民小區(qū)供水用水的管理。目前二次供水部有直管轉(zhuǎn)壓站84座，其中小區(qū)轉(zhuǎn)壓站81座，區(qū)域性轉(zhuǎn)壓站3座，轉(zhuǎn)壓站全部電耗為水泵類負荷即交流異步電動機。據(jù)統(tǒng)計5.5kw～120kw電機已經(jīng)運行的有350臺左右。作為供水行業(yè)，泵機具有應(yīng)用量大，耗電多，節(jié)能潛力大的突出特點。實行節(jié)能、節(jié)電、降耗是一個緊迫的任務(wù)。這對二次供水行業(yè)優(yōu)質(zhì)供水，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)成本，具有非?，F(xiàn)實和深遠的意義。
二次供水泵站未改造前的設(shè)備非常簡陋落后。普遍是采用調(diào)整泵出水閥門來調(diào)節(jié)流量，需要專人值守，在不同的情況下，用人力來調(diào)節(jié)閥門開度。這種調(diào)節(jié)方式形成的供水壓力較高，造成嚴重的節(jié)流功率損失，泵的效率低，造成電力的浪費；電器設(shè)備，普遍采用全壓啟動電機方式和自耦變壓器降壓啟動，運行中電機啟動電流大，設(shè)備耗能多，故障率高，并無法實現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。根據(jù)以上情況，近年來，我們致力研究如何通過對泵機的調(diào)速控制來實現(xiàn)水泵運行中的流量控制，達到節(jié)能降耗，控制水泵運行流量的目的。
然而，調(diào)速運行的方式很多，其中變頻調(diào)速優(yōu)于以往任何一種交流調(diào)速方式，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣泛的高新技術(shù)。它采用最新微機控制、功率電子和電機傳動技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)交流電機的無級調(diào)速。變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達到電機調(diào)速的目的。由于異步電機的同步轉(zhuǎn)速與輸入電源頻率成正比關(guān)系，所以改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，這也就達到了交流電機的調(diào)速要求。但在許多條件下，為了保持在調(diào)速時電機的最大轉(zhuǎn)矩不變，必須維持電機的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應(yīng)調(diào)節(jié)。變頻器就是利用變頻調(diào)速技術(shù)開發(fā)的典型產(chǎn)品，兼有調(diào)頻調(diào)壓兩種功能，通常成為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）變頻器，也稱作“交-直-交”變頻器。其工作原理為：工頻電源（380v，50hz）通過整流器部分，整流為固定的直流電壓，然后應(yīng)用大功率晶體管（GTO、GTR或IGBT）組成具有正弦波脈寬調(diào)制功能的三相橋式逆變器，將直流電逆變成具有可變電壓和可變頻率的交流電源。由于采用了微處理器編程的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方法，電流輸出波形近似于正弦波，故可用于驅(qū)動普通型交流異步電機來實現(xiàn)無級調(diào)速了。
所以，我們能通過使用變頻技術(shù)，通過調(diào)節(jié)泵機轉(zhuǎn)速，從而控制水泵出水流量。達到節(jié)能，降耗，無需人力調(diào)節(jié)，減少水泵機構(gòu)磨損等目的。曾測試：如將一臺154kw的變頻器用于相當功率的泵機的調(diào)速，每小時可節(jié)電近60kw.h，節(jié)電率達到68.5%。變頻技術(shù)的問世對于供水行業(yè)來說是個可喜的展望。
變頻控制技術(shù)的推廣，變頻器在恒壓供水方面的應(yīng)用和優(yōu)勢越來越被人們所熟知和接受。許多小區(qū)紛紛采用變頻器恒壓供水系統(tǒng)，以改善供水質(zhì)量保證優(yōu)質(zhì)供水。目前，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有以下幾種模式：1）“通用變頻器+PLC+PID控制器”，2）“通用變頻器+CPS供水控制器”，3）“內(nèi)置PI功能的變頻器+PLC”。這些系統(tǒng)硬件組成負責，成本高，二次開發(fā)工作量大，操作不直觀不方便，而且難以滿足泵站轉(zhuǎn)壓日益變化的控制需求，一旦泵站轉(zhuǎn)壓的供水模式改變，將不得不更改PLC軟件，重新進行系統(tǒng)設(shè)計等等，形成該系統(tǒng)的日常維護比較困難。經(jīng)過市場多方調(diào)查，結(jié)合供水行業(yè)情況和運行人員及其維修維護人員素質(zhì)，我們二次供水部選用了艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司的產(chǎn)品TD2100系列供水專用變頻器，為恒壓供水系統(tǒng)提供了一種全新的簡單靈活的全面解決方案，將大大改善現(xiàn)有的供水模式中的不足狀況。該變頻器是由美國德州儀器公司（TI），TMS320CF240（DSP）芯片構(gòu)成，運算速度為50ns，抗干擾性好，專用PLC，專用PI調(diào)節(jié)器，集變頻器于一身。在泵站較多，規(guī)模不大的現(xiàn)場中具有較高的性能價格比，是集供水控制和供水管理一體化的系統(tǒng)。目前廣泛的用于我部所直管泵站中。
該變頻器為供水專業(yè)變頻器。采用先進的空間矢量控制算法，內(nèi)置供水專用PI調(diào)節(jié)器，提供了多種供水模式，在變頻泵固定的情況下，最多可控制7臺泵，在循環(huán)泵方式可實現(xiàn)4臺泵的控制。自帶電池的定時時鐘控制，使各泵工作時間均衡，多段壓力設(shè)定，每日可設(shè)置最多6段壓力運行，以適應(yīng)不同時間段的用水需求，更有效的節(jié)能，并能實現(xiàn)小區(qū)優(yōu)質(zhì)恒壓供水。其他，如休眠泵控制，消防泵控制，停電再啟動等多種專用功能保證了高精度的控制要求，有利于實現(xiàn)供水模式的全面需求；保護功能如傳感器斷線檢測，管道過壓/欠壓，水池缺水檢測，消防信號輸入，故障自動啟動，排污檢測與控制，故障自動撥號等，保證了系統(tǒng)運行的安全性，其豐富的功能基本滿足泵站各種供水需求。
在選用艾默生專用變頻器用于泵站恒壓供水的基礎(chǔ)上通過幾年來實踐，我們在不斷的豐富和完善變頻柜的控制功能和方式的同時，也在逐步探索形成一套有針對性，適合小區(qū)供水結(jié)構(gòu)的特點。方式上增加了手動/自動，循環(huán)/指定等功能，使控制方式更為靈活多樣而且操作方便。為了實現(xiàn)小區(qū)泵站分散集中管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時選用了新型的多功能智能儀（電壓，電流，電量）為監(jiān)測，監(jiān)控打下基礎(chǔ)。由于泵站“庫改管”改造工程實施，大部分小區(qū)泵站改為管道取水轉(zhuǎn)壓，一旦管網(wǎng)停水降壓，變頻控制則失去保護。我們采用了FAB智能可編程控制器，取管網(wǎng)停水信號，電源斷相信號，變頻器故障動作信號，進行了自動撥號，語音播放，“無人值守”方案，保護了設(shè)備安全運行。同時，調(diào)度部門能及時掌握各泵站所發(fā)生的故障內(nèi)容，為小區(qū)泵站“無人值守”起到積極推進作用。
在我部直管的84座轉(zhuǎn)壓站中，其中使用變頻器技術(shù)的有45座，采用專用變頻器的有30座。據(jù)統(tǒng)計，使用變頻技術(shù)的泵站，節(jié)能效果顯著，電耗，能耗，都有大大的改善。而采用供水專用變頻器的泵站節(jié)能效果更為顯著，基本可實現(xiàn)無人值守，供水模式能滿足小區(qū)用水需要，維護方便，維修率低，符合小區(qū)優(yōu)質(zhì)供水的發(fā)展要求。
二次供水轉(zhuǎn)壓站分布武漢三鎮(zhèn)，點多，面廣。要實現(xiàn)分散—集中控制難度較大，目前，我們正在實施在現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)的條件下，通過中心站的工控機，兩部電話線，對各泵站的變頻器進行撥號輪巡，從而達到輪巡監(jiān)控的目的，管理人員通過對工控機的操作就能了解任何聯(lián)網(wǎng)泵站變頻器的運行狀態(tài)，并能實現(xiàn)參數(shù)修改，功能控制。當變頻器有故障發(fā)生時能通過調(diào)制解調(diào)器像中心站發(fā)出告警呼叫，工控機多媒體顯示告警內(nèi)容，方便調(diào)度人員報各部門及時處理。
二次供水部目前供水面積約9.76平方公里，轉(zhuǎn)輸能力為19210M2/H，受益人口約53萬人，隨著城市的發(fā)展，直管小區(qū)數(shù)量增多。泵站的節(jié)能，節(jié)電，降耗等問題在應(yīng)用變頻恒壓供水改造以后都有了巨大改善和飛躍；在逐步形成的泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)中，通過對泵站統(tǒng)一管理和及時操作，更能優(yōu)化變頻柜的控制和調(diào)速功能，使其在為我部運行生產(chǎn)中節(jié)能降耗，無人值守，小區(qū)恒壓優(yōu)質(zhì)供水等各方面工作更上一層樓，達到國內(nèi)同行領(lǐng)先水平。
本文標簽：變頻器在二次供水泵站中的應(yīng)用
* 由于無法獲得聯(lián)系方式等原因，本網(wǎng)使用的文字及圖片的作品報酬未能及時支付，在此深表歉意，請《變頻器在二次供水泵站中的應(yīng)用》相關(guān)權(quán)利人與機電之家網(wǎng)取得聯(lián)系。
關(guān)于“變頻器在二次供水泵站中的應(yīng)用”的更多資訊
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
VIP公司推薦
|
|
|
|
|
|
|
|