本文著重介紹了國(guó)產(chǎn)高壓變頻器在湖北大冶特鋼水廠的應(yīng)用情況。對(duì)高壓變頻系統(tǒng)作了說明。改造結(jié)果表明，采用國(guó)產(chǎn)高壓變頻器對(duì)水廠的供水泵設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵： 高壓變頻器給水泵 節(jié)能
一.引言:
大冶特鋼水廠擔(dān)負(fù)著公司家屬區(qū)的供水任務(wù)，日供水 30 萬噸，供水泵房配備了六臺(tái)水泵機(jī)組，其中 1# 、 2#、3#、4#機(jī)組為 550KW/6KV，5#、6#機(jī)組為300KW/6KV。改造前水泵全部定速運(yùn)行，由于日夜供水流量變化較大，經(jīng)常需要倒開大小泵，來滿足供水的需要，由于水泵頻繁啟停帶來的沖擊，引起電機(jī)、水泵和閥門故障率增加，維修費(fèi)用增大，另外也導(dǎo)致水壓經(jīng)常波動(dòng)，時(shí)常出現(xiàn)爆管等現(xiàn)象。為了穩(wěn)定供水壓力，提高供水能力，提升供水自動(dòng)化水平，節(jié)約能源，降低供水成本，大冶特鋼公司水廠決定采用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速改造。大冶特鋼公司水廠經(jīng)多方調(diào)研，認(rèn)為高壓變頻器采用高 -低方案 、 高 -低-高方案技術(shù)落后，諧波大，效率低，決定采用高-高方式進(jìn)行改造，而高-高方式又可分為三電平、器件直接串聯(lián)及功率單元串聯(lián)等方式。目前，功率單元串聯(lián)方式技術(shù)最成熟，產(chǎn)品運(yùn)行可靠。水廠又經(jīng)多方比較性價(jià)比，決定選用我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻器對(duì)1#、 2# 水泵機(jī)組作調(diào)速改造。風(fēng)光牌 JD-BP37 型 高壓變頻器為直接 高 -高、電壓源型變頻器，采用功率單元串聯(lián)方式，諧波少，功率因數(shù)高，適用于普通電機(jī)，性能優(yōu)越，適合中國(guó)國(guó)情。
二.水廠設(shè)備概況:
大冶特鋼公司水廠決定 1#、2#機(jī)組采用變頻調(diào)速改造，采用一帶二的形式，即高壓變頻器拖動(dòng)1#、2#機(jī)組任一臺(tái)，當(dāng)其中一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，拖動(dòng)另外一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。
1#機(jī)組電機(jī)和水泵的主要參數(shù)如下：
1）水泵 2） 電機(jī)
型號(hào) 20SH-9 型號(hào) JS158-6
額定流量 2016m 3 /h 額定功率 550KW
額定揚(yáng)程 59m 額定電壓 6KV
額定軸功率 390KW 額定電流 64A
額定效率 83% 額定功率因數(shù) 0.89
額定轉(zhuǎn)速 970rpm 額定轉(zhuǎn)速 985rpm
三．風(fēng)光牌JD-BP37-560F高壓變頻器的功能介紹:
大冶特鋼公司水廠決定選用我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-560F高壓變頻器對(duì)1#、2# 水泵機(jī)組作調(diào)速改造。
3.1JD-BP37-560F高壓 變頻器的主要性能指標(biāo) :
變頻器功率 560KW 額定輸出電流 80A
輸入頻率 45HZ 到 55HZ 額定輸入電壓 6KV
允許電壓波動(dòng) ± 20% 輸入功率因數(shù) ≥ 0 . 98
輸出電壓范圍 0 ～6KV 變頻器效率 ≥ 96%
輸出頻率范圍 0～50HZ 過載能力 100% 連續(xù) 160% 連續(xù) 1min 220% 允許 1 . 5S
3.2 JD-BP37-560F 高壓變頻器主要技術(shù)性能:
3.2.1 高——高電壓源型變頻器，直接 6KV 輸入，直接 6KV 輸出，無須任何輸出變壓器或?yàn)V波器，適配于普通高壓電動(dòng)機(jī)，對(duì)電機(jī)、電纜絕緣無損害。
3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。
3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。
3.2.4 輸出階梯正弦 PWM 波形。
3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強(qiáng)弱電隔離，安全可靠。
3.2.6 完善的故障檢測(cè)，精確的故障保護(hù)及準(zhǔn)確的定位顯示和報(bào)警。
3.2.7 內(nèi)置 PLC ，易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場(chǎng)控制 / 遠(yuǎn)程控制，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)多變需求。
3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是完美正弦波。
3.2.9 控制電源與高壓電相互獨(dú)立，無高壓可以檢測(cè)變頻器輸出，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員便于維護(hù)。
3.2.10 采用準(zhǔn)優(yōu)化 SPWM 調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。
3.2.11 功率單元經(jīng) 24 小時(shí)高溫老化、 150 ％負(fù)載試驗(yàn)，可靠性高。
3.2.12 中文 Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。主界面如圖 2 示。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善，系統(tǒng)包括上位機(jī)（商用 PC 機(jī)）、下位機(jī)（工控機(jī)）、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個(gè) 4 位 LED 數(shù)碼顯示屏和一個(gè) 12 鍵的小鍵盤操作平臺(tái)，可對(duì)變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺(tái)，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(jī)（商用 PC 機(jī)）放在總控室，可對(duì)多臺(tái)變頻器進(jìn)行遙測(cè)、遙控。若只有一臺(tái)變頻器，上位機(jī)可省，或讓客戶自定。
3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
3.2.14 可打印輸出運(yùn)行報(bào)表 。
變頻器除了以上基本功能以外 , 還具有如下特殊功能 ：
（1）.閥門真空度檢測(cè)。變頻器在啟動(dòng)水泵以前 ,會(huì)自動(dòng)判斷真空度的值,如果沒有真空度或沒有達(dá)到要求,變頻器會(huì)提供報(bào)警信號(hào),并拒絕啟動(dòng)水泵。
（2）配置工頻旁路。 變頻提供手動(dòng)旁路開關(guān) , 使水泵機(jī)組既可變頻運(yùn)行 , 又可工頻運(yùn)行。
（3）電機(jī)溫度自主控制。變頻器對(duì)電機(jī)溫度進(jìn)行檢測(cè) , 并在變頻器主界面顯示電機(jī)溫度 。當(dāng) 電機(jī)溫度過高時(shí) , 變頻器會(huì)提供報(bào)警信號(hào)。
（4）具有“本地”及“遠(yuǎn)程”兩種工作方式。 根據(jù)用戶的需要,既可以在變頻器旁開停操作及調(diào)節(jié)參數(shù),也可在遠(yuǎn)程的控制室通過微機(jī)對(duì)水泵進(jìn)行控制
（5）具有閥門聯(lián)動(dòng)功能。在開泵和停泵的過程中 , 值班人員無需再對(duì) 閥門進(jìn)行任何操作 ,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)開停泵的全部自動(dòng)化。
（6）具有遠(yuǎn)程撥號(hào)監(jiān)控功能。 公司領(lǐng)導(dǎo)需要了解變頻器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況 , 只需在終端微機(jī)安裝遠(yuǎn)程撥號(hào)軟件,在需要時(shí)撥通專線電話 , 即可看到變頻器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況 。
四.改造方案:
2004 年 8 月,山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司和大冶特鋼公司水廠簽定變頻器購貨合同, 2004年10月,變頻器正式投入運(yùn)行,調(diào)試一次成功,并完成變頻器驗(yàn)收工作。
五.變頻器運(yùn)行情況:
從變頻器投入運(yùn)行近9個(gè)月的時(shí)間看,用戶完全達(dá)到了變頻改造的目的,使用變頻器后有以下優(yōu)點(diǎn):
（1）操作簡(jiǎn)便,易于觀察。 變頻器運(yùn)行時(shí)的所有數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)在上位機(jī)顯示屏都可顯示 ,如運(yùn)行頻率,輸入電壓,輸入電流,輸出電壓,輸出電流,開閉環(huán),壓力值等。上位機(jī)顯示屏操作簡(jiǎn)單明了，觀察方便。
（2）電機(jī)及水泵機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn),溫升正常。 采用變頻器拖動(dòng)的 1#、2#機(jī)組,電機(jī)為沈陽電機(jī)廠于1986年6月出廠的普通三相異步電動(dòng)機(jī),水泵為沈陽水泵廠于1987年8月出廠的離心式清水泵。在水泵機(jī)組的整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi),電機(jī)和水泵都平穩(wěn)運(yùn)行,沒有出現(xiàn)異常振動(dòng)和噪音,電機(jī)及水泵的溫升也在正常范圍之內(nèi),且變頻器為軟啟動(dòng),啟動(dòng)電流小,對(duì)機(jī)組的機(jī)械沖擊也大幅度減小。
（3）變頻器運(yùn)行穩(wěn)定,性能良好。 風(fēng)光牌 JD-BP37-560F高壓變頻器投入運(yùn)行以來,運(yùn)行穩(wěn)定,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平滑可靠,電壓和電流正常,沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。
（4）減輕了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于變頻器具有閥門聯(lián)動(dòng)功能 ,隨著供水水量的變化, 值班人員在值班時(shí)通過微機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作,不再需要頻繁地開停大小泵及閥門,工作量大大減小。
（5）恒壓控制。采用壓力恒壓控制 ,用戶只需根據(jù)實(shí)際供水需要設(shè)定所需壓力，變頻器自動(dòng)恒壓運(yùn)行，壓力設(shè)定方便，精確穩(wěn)定，保證管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供水質(zhì)量。
（6）降低了維護(hù)費(fèi)用。 由于變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，對(duì)水泵機(jī)組沒有任何機(jī)械沖擊，相應(yīng)地延長(zhǎng)了水泵、電機(jī)及閥門的使用壽命，大大降低了維護(hù)工作量和維護(hù)成本。
（7）節(jié)電效果明顯。 在大冶特鋼公司水廠，目前采用多臺(tái)水泵并聯(lián)供水方式，由于日夜供水量變化大，水廠一般采用開停大小泵的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不采用閥門調(diào)節(jié)，盡管如此，還存在一定的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。水廠改造前一般采用一到兩臺(tái)水泵工頻并網(wǎng)向市區(qū)供水。用這種供水方式運(yùn)行的 2004年9月，千噸水耗電指標(biāo)為143.6度，采用了變頻器改造后，2004年10月，千噸水耗電指標(biāo)為129.6度，綜合電耗指標(biāo)下降了10%左右。經(jīng)過測(cè)算，不到兩年即可收回成本。
六.結(jié)束語:
從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP37-560F 高壓變頻器性能優(yōu)越，運(yùn)行可靠。不僅可以在新上自來水項(xiàng)目采用，也特別適合于舊設(shè)備中改造。在水廠應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅提高了供水質(zhì)量、 供水能力，而且降低了供水成本 。 風(fēng)光牌 JD- BP37-560F 高壓變頻器在大 冶特鋼公司水廠的成功運(yùn)行，證明了其在水泵調(diào)速應(yīng)用中具有無可比擬的優(yōu)越性。