高壓變頻器在銅陵首創水務有限責任公司

三水廠凈化站1#泵的應用

銅陵市供水總公司前身為1962年設立的銅陵自來水廠,1997年更名為銅陵市供水總公司,系經銅陵市人民政府批準成立的國有企業,公司主要生產經營范圍為自來水生產、供應、自來水管道安裝,維修,勞務服務,水暖器材銷售。公司現有三座水廠,供水能力19萬立方米/日,服務人口約40萬人。日供水規模10萬立方米的三水廠二期工程正在建設中。此次項目改造主要對三水廠凈化站1#泵實施高壓變頻節能改造。

一、設備現場參數

5.1電動機參數

電機型號：Y5002-6; 電壓等級： 10kV;額定電流： 40.5A

電機功率： 560kW; 額定轉速： 991r/min

5.2 負載參數

負載類型：離心泵; 配用功率：560kW

額定轉速：960 r/min; 額定流量：3000m3/h; 揚程：49m

二、高壓變頻器的整體方案

根據我公司在城市供水行業實際應用的成功經驗，為確保供水系統的穩定性、安全性和經濟性，供水泵560kW/10kV選用SUPERDRIVE A7-10-10-560KW帶手動“一拖一”旁路的變頻器。它采用直接“高-高”形式，單元串聯多電平拓撲結構，每相由8個功率模塊串聯而成，經過多級移相疊加的整流方式，消除了大部分由獨立功率模塊引起的諧波電流，大大改善網側的電流波形，實際測量后網側電流近似為正弦波，不用更換原來的電機和電纜，完全適合舊設備的改造。

推薦如圖旁路方案：其中：Q1、Q2、Q3為高壓隔離開關，QF高壓斷路器， VVVF表示高壓變頻器，M表示電機。

當變頻運行時，Q1和Q2閉合、Q3斷開。變頻器故障時，變頻器對高壓斷路器QF進行連鎖，QF跳開。然后斷開Q1、Q2，合上Q3，當判斷可以工頻運行時，變頻器允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，電機能正常通過QF合 閘工頻啟動。這其中要求：Q2和Q3不能同時閉合，在機械和電氣上實現互鎖。

備注：圖中的QF高壓斷路器由招標方提供。

三、 遠程閉環控制方案

信號發送：

管網末端的壓力信號通過壓力傳感器采集，壓力傳感器的輸出為4-20mA。將這個4-20mA的壓力信號通過無線數傳模塊直接變成可通信的數據，通過GPRS或CDMA無線發送出去。

信號接收：

遠方的壓力信號通過網絡傳輸至三水廠控制室?？赏ㄟ^GPRS或CDMA來進行接收。

控制室的控制用PLC(S7-200)通過與GPRS（或CDMA） MODEM相連，從而可接收來自遠方（長途車站）的壓力信號。

分時段壓力調節

采用三水廠控制室的主控電腦進行控制和操作，增加工控機組態控制畫面。畫面可通過設定不同時段的壓力信號與設定頻率的關系，可使變頻器自動按照壓力變化分時運行在不同的壓力段。

實施步驟：

1） 在長途車站重新安裝壓力測量點，末端加裝一個壓力傳感器，該壓力傳感器將壓力信號轉成4-20mA信號。轉換后的4-20mA信號通過無線數傳模塊轉變成可用于GPRS或CDMA傳送的數據，無線發送出去。該步驟使壓力信號單獨測量，單獨發送，保證了信號的可靠穩定傳輸。

2）在三水廠高壓變頻器室的墻體安裝控制箱，控制箱內包括無線接收模塊和PLC(S7-200),用來接收來自長途車站的壓力信號，并轉變成PLC可識別的數據。同時控制箱內的PLC(S7-200)與高壓變頻器通過硬接線方式連接，接收變頻器的操作、顯示信號。

3）變頻器室內控制箱中的PLC（S7-200）通過MPI與S7-300站通信，與三水廠控制室的PLC(S7-300)連接?？刂剖覂鹊墓た貦C與PLC（S7-300）通過網線相連。

4）在控制室內的工控機完成變頻器的控制畫面，該畫面可完成的功能有：變頻器的遠程啟動、停機、急停、復位操作；變頻器的運行、就緒、報警、故障狀態顯示；變頻器的運行頻率、輸出電流的顯示；水壓閉環控制功能。

5）在控制畫面可實現，當遠程傳輸的壓力信號丟失一定時間或在閉環控制中發生頻率調節達到運行頻率上限/下限時，畫面顯示報警。同時變頻器維持報警前的運行頻率。若變頻泵運行中不能滿足水廠供水要求，發出報警信號，提示操作人員加入新的運行泵。若連續兩個采樣周期壓力差值超過某一設定壓力值，顯示“壓力突變報警”。

通過以上步驟，可實現長途車站末端水壓的獨立測量、獨立無線傳輸與接收，保證了信號的穩定可靠。在水廠控制室工控機完成的控制畫面，可實現變頻器的閉環控制、分時段分壓控制功能，以及變頻器工作狀態的監控。

四、變頻器的運行情況

三水廠取水泵采用開環運行方式，一般頻率運行在38Hz-45Hz之間。 三水廠供水泵采用閉環運行方式，運行參數如下表：

通過測試發現變頻器運行在37Hz及以下機泵不出水，所以我們把頻率限制在38Hz。在日常運行中，早上4點加開一臺工頻機組，當變頻器頻率達39Hz左右，關閉工頻機組，只運行一臺變頻器；在下午16點用水高峰時，再加開工頻機組。這樣合理開關車既滿足了出廠水壓力，同時又節約了大量能源。

五、系統應用效果

水泵電機采用高壓變頻器進行調速運行后，在有效的調速區段內運行十分平穩，與原來全部工頻電機運行相比，由于變頻器對電機實現了柔性啟動，啟動電流大大減小，對機組沒有任何沖擊，相應延長了設備的使用壽命，大大減輕了維護工作量，減少了維護成本。

· 變頻器有效的水壓閉環控制功能，使水壓調節平滑可靠，轉速無波動。電機與多功能閥門聯動，只要給定頻率，電機啟動，多功能閥自動開啟，使得開關機組變得簡單。
· 變頻器投入運行后，由于電網側功率因數提高到0.96以上，在各種負荷下，電網側電流大大下降，電機的無功電流由變頻器直接補償。
· 節能方面，我廠進行了測試：在同種工況下，采用單臺機組電度表分別計量的方式，單臺機組節電率達32%，每年將節電100萬元左右。