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2高压变频器在城市供水中的应用

来源:万方期刊网  时间:2014-08-19 11:15:06  点击:

作者:刘超 左锋 程飞
 

【摘要】河南开封供水总公司一水厂担负着开封城区的供水任务,设计有7台供水泵组,日供水能力15 万立方米。供水泵组均采用定速工频启动运行,定速水泵的输出功率不能随生产负荷变化而变化,而水厂全天各个时间段用水量变化较大,水厂如需调节管网压力或流量,要经常采用启停供水泵组来控制系统的供水,或者采用人工现场调节电动阀门开度大小来调节供水量。工频启动供水泵时不仅对泵组及供水管道造成冲击。而且有大量的电能损耗和机械损耗,尤其在机组变负荷运行时水泵的运行偏离高效点,使运行效率偏低,白白浪费掉大量的电能。为了提高一水厂的生产效率,降低能耗,考虑上述因素,一水厂决定对7#供水泵组进行技术改造。
【关键词】 变频器; 供水泵; 节能
 

一、前言
随着近年来我国高压变频技术发展,高压变频恒压供水系统以其节能显著和高效稳定的供水特点正快速替其他调速产品,广泛应用于城市供水中。高压变频恒压供水的调速系统可以实现水泵机组无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求,利用变频技术对现有水泵进行节能改造,是解决我国供水行业高消耗低效益的最佳措施。(万方期刊网)
二、方案拟定
利用高压变频技术对现有水泵进行改造,安装施工简单,只需将原高压开关柜与电动机间安装变频装置,对原有线路改动不大。变频器操作使用方便,变频器操作只有简单的开停机和频率调整。由于变频装置可以进行无极调速,所以高压变频调速在节能,调速精度,调速范围等方面具有同其他调速装置无法比拟的优越性,以及可以方便实现自动化控制系统,拟采用高压变频技术对一水厂7#水泵机组进行改造。(7#供水泵组额定功率380kw额定电压6kv额定电流45A)

变频器的选用原则:首先变频器的选用需与它所控制电机的运行条件要求一致,无需改变电机和供电电压。其次具有合理的运行操作方式及就地启停,控制调节及保护措施,以确保电机安全经济运行。综上分析并根据现场改造电机容量,决定采用北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的HIVERT-Y06/048型变频器(额定输出电流48A,适配400KW以下高压异步电动机)
合康HIVERT-Y06/048型变频器采用交-直-交方式,额定6kv变频器由15个功率单元串联构成,每相由5个功率单元组成,功率单元额定电压690V串联后相电压3450V,(对应相电压6KV)直接6KV输入。达到直接高-高变频的目的,变频器与电机之间无需任何变压器。由于采用功率单元串联,充分利用常压变频器的技术因而具有很高的可靠性。并且所有功率单元在结构以及电气性能上完全一致维护简单,置换方便。
三、变频器构成及工作原理
HIVERT-Y06/048型高压变频器结构简洁,主要有旁路柜,变压器柜,功率柜和控制柜组成。(万方期刊网)
旁路柜:实现高压变频主体部分检修时,给高压电机直接接入原工频系统提供回路。
变压器柜:电网经过变压器柜中的移相变压器分别给个功率单元供电,由于采用移相多重化设计从而大大减少谐波对电网影响。
功率柜:由相同结构连接成三相高压的单相逆变功率单元组成,通过单元串联方式实现高压输出。
控制柜:完成变频调节的全过程,变频器的电气保护及人机交互与通讯接口功能的实现。
 
旁路柜中的3个隔离开关K1K2K3,其中K2K3为双刀双投隔离开关,特点是两个方向只能合其一,实现机械互锁,防止误操作讲工频电源反送到变频器输出侧而导致变频器损坏。

变频运行:K1K2闭合,K3断开,由断路器DL为变频器供电,再通过变频器本地或远程启动电机变频运行。
工频定速运行:K1K2断开,K3闭合,由断路器DL直接启动电动机定速运行。
变频器维护,修理:K1K2断开,变频器与高压电源完全隔离。

四、改造后效果分析:

改造后7#供水泵启动平滑运行稳定,系统可根据管网瞬间压力变化自动调节水泵的转速使管网出口压力保持在恒定的设定压力值,使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。具体效果如下:
1 减少电机启动电流冲击。变频装置保护功能完善,设备启动平稳,启动电流小可靠性高,水泵不需要长期高速运行,工作电流大幅降低,节电效果明显,采用变频装置调节后,实现变频启动,电动机启动电流远远小于额定电流,对电网无大的冲击 有效延长电动机使用寿命大大延长。(万方期刊网)
2具有良好的调解特性和瞬态快速调整特性。在负荷从100%调节到40%的响应时间小于1min。
3运行电压在6KV,可以实现在电压波动-20%——+10%时做到电压在安全范围内波动时变频器满载输出。
4延长设备使用寿命 由于启动缓慢及转速的降低,相应的延长了水泵寿命,同时极大减轻了对管道的冲击,有效延长了管道检修周期,减少检修维护开支,
3节能效果显著
下表中的数据取自一水厂送水泵房7#机组日报表,变频前为2012年5月9日13时至22时,变频后为2013年1月22日13时至22时。

时间 原电流(A) 变频后电流(A) 原压力(MPa) 变频后压力(MPa) 原耗电(kwh) 变频后耗电(kwh) 节电(kwh)
13 45 28 0.34 0.30 396 264 132
14 45 32 0.35 0.30 396 288 108
15 45 22 0.36 0.31 384 288 96
16 45 28 0.36 0.31 384 264 120
17 45 32 0.35 0.31 396 264 132
18 45 28 0.34 0.31 384 276 108
19 45 30 0.33 0.31 396 276 120
20 45 31 0.33 0.31 384 264 120
21 45 31 0.33 0.31 396 252 144
22 45 25 0.33 0.31 396 264 132
合计     3912 2700 1212

  从统计表中可以看出,变频改造前的水压波动变化大,变频改造后的水压恒定,同时,电动机的电耗大幅度下降,平均每小时节约121.2度,占原耗电的31%。通过变频调速技术改造,实现了出厂水的恒压供给,改善了城市管网的网络特性并使之趋于平滑,同时在节能降耗上也取得相当大的经济效益。(万方期刊网)

五、结束语:
高压变频装置其节能效果明显,采用高压变频调速后可以随时通过调整转速使供水系统在最佳状态下运行,实现了电机的软启动,电机的启动电流远远小于额定电流,有效的延长了电机的寿命,减少了对供水管路的冲击。同时也减少了因调解阀门挡板而造成的管道震动和磨损使维护量大大降低。高压变频调速系统以其可靠的运行性能改善及其良好的节能效果为一水厂城市供水带来可观的经济效益和社会效益。(万方期刊网)

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