變頻器在供水泵站的應(yīng)用

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變頻器的控制

在風(fēng)機、水泵等機械的節(jié)能運轉(zhuǎn)中應(yīng)用的變頻器采用VVVF控制即恒U/f控制。就是在改變頻率的同時控制變頻器的輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，在較寬的范圍內(nèi)電動機的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)不下降。因為是控制電壓U和頻率f的比所以稱為恒U/f控制。變頻器與電動機的對應(yīng)關(guān)系見圖2。在進行電機調(diào)速時，通常要考慮的一個重要因素是希望保持電機中每極磁通量為額定值，并保持不變。在交流異步電動機中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生的。三相異步電動機的電動勢有效值是Eg=4.4f1N1K1Φm，其中Eg是氣隙磁通在定子繞組的感應(yīng)電動勢，單位是V；f1為定子頻率，單位是Hz；N1是定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；K1為繞組系數(shù)；Φm為每極氣隙磁通，單位是Wb。由此可知，只要控制好Eg和f1，便可以達到控制磁通Φm的目的。若忽略定子壓降，則繞組外電壓U1≈Eg，U1/f1=4.4N1K1Φm，因此，變頻器要維持磁通只要使U1與f1成比例即可。

變頻器在供水泵站節(jié)能降耗中的應(yīng)用

在自來水供應(yīng)中，由于用戶對水量需求的變化，管道中自來水的流量和壓力是在不斷變化的，如果壓力過高會導(dǎo)致管線設(shè)備的負(fù)荷過重，甚至引起爆管事故；如壓力太低則會導(dǎo)致部分用戶水量不足甚至大面積停水。為了將壓力維持在一定的范圍內(nèi)，自來水公司所屬的泵站和水廠大都在調(diào)度中心的指揮下采用開啟或關(guān)閉水泵的方法來調(diào)節(jié)管道壓力。但對于有些需要恒定水壓的地區(qū)，如居民小區(qū)的增壓泵站等，供水量隨時間的變化很大，采用該方法來調(diào)節(jié)水壓就顯得比較費力。為實現(xiàn)恒壓供水，這些泵站均采用了變頻器。下面以某小區(qū)的泵站為例，簡述變頻器的應(yīng)用。該泵站共有4臺水泵，每臺電機的容量為50kW，其中3臺工作，1臺備用。具體要求如下：3臺水泵分別可以調(diào)速和定速運行，變頻器只能作1臺電機的變頻電源。故各臺電機的啟動、停止必須互相聯(lián)鎖，以保證可靠切換。

兩臺以上的水泵工作時，1臺由變頻器供電，其余由工頻供電，其運行有互鎖控制。當(dāng)水壓低于設(shè)定值（目前設(shè)為250kPa）時，1臺水泵啟動采用變頻器調(diào)速，直至達到定值，如1臺電動機全速運行（工頻狀態(tài)）壓力仍然達不到要求，則該水泵切換至工頻供電，第二臺水泵啟動，由變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，直至達到要求，如還達不到要求則啟動第三臺水泵。壓力高時則反之。該泵站采用日本富士公司生產(chǎn)的FRENIC5000系列變頻器，主回路采用大功率晶體管模塊，用單片計算機控制。采用變頻器后，啟動電流小于1.5倍額定電流，實現(xiàn)軟啟動，電機的啟動特性得到明顯改善。通過變頻器實現(xiàn)閉環(huán)控制，由于在正常情況下無須人工干預(yù)水泵運行，可大大降低值班人員的勞動強度，甚至可實現(xiàn)無人值守。變頻器還可用于泵站的二次加氯設(shè)備。以浦威泵站管理所托管的北區(qū)泵站為例，該泵站采用德國普羅明特公司生產(chǎn)的計量泵進行次氯酸鈉的加注。該計量泵通過手動旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)旋紐來實現(xiàn)加注量的控制，調(diào)節(jié)加注量十分麻煩。經(jīng)過改造，加裝了1臺施耐德公司生產(chǎn)的PLC和富士公司生產(chǎn)的變頻器?？刂圃砣缦拢河嗦葍x將水中的余氯值轉(zhuǎn)換為4~20mA模擬量信號傳遞給PLC，PLC據(jù)此通過變頻器來控制次氯酸鈉的加注量，形成閉環(huán)控制。目前浦威泵站管理所共有7個泵站裝有類似的計量泵，都采用人工至現(xiàn)場調(diào)節(jié)，如采用新型帶有模擬量控制的計量泵則需要很高的費用，如采用變頻器控制則只需較少的費用即可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

變頻器的合理運用，還可降低能耗。以某泵站的3#機組為例，2007年使用變頻器改造后在平均揚程為39kPa的情況下，平均電耗由原來的59.69kWh降到39.86kWh；2008年度運行4266小時，節(jié)約電量84595kWh；2009年度運行4280小時，節(jié)約電量84872kWh；2010年度運行4270小時，節(jié)約電量84674kWh。由此可見，水泵采用交流變頻調(diào)速技術(shù)后，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和可靠性明顯提高，控制偏差小于1%，各參數(shù)波動幅值小，泵的出口壓力降低，揚程下降，節(jié)能效果明顯。

變頻器的維護

為使變頻器能長期可靠的連續(xù)運行，防患于未然，應(yīng)進行日常檢查和定期檢查維護。日常檢查可不卸下外蓋，通電和啟動后，目測變頻器的運行狀況，確認(rèn)無異常情況。通常應(yīng)注意：鍵盤面板顯示是否正常；有無異常的噪聲、振動和氣味；有沒有過熱或變色等異常情況；周圍環(huán)境是否符合規(guī)范。定期檢查要切斷電源，停止運行并卸下變頻器的外蓋。由于變頻器內(nèi)有較大容量的電容器，必須充分放電后才能開始檢查工作。主要檢查維護項目有：①周圍環(huán)境是否符合規(guī)范；②主電路、控制電路電壓是否正常；③顯示面板是否清楚，有無缺少字符；④框架結(jié)構(gòu)件有無松動，導(dǎo)體、導(dǎo)線是否破損；⑤濾波電容器是否漏液，電容量是否降低；⑥電阻、電抗、繼電器、接觸器等接線是否松動或斷線；⑦電路板有無銹蝕、斷裂等；⑧冷卻風(fēng)扇是否正常和通風(fēng)口是否通暢。

結(jié)語

總之，變頻器的優(yōu)點十分明顯，在供水泵站上運行不僅安全可靠，還滿足用水量隨時變化的需要，具有明顯的節(jié)能降耗作用。只要加強日常的維護保養(yǎng)，變頻器在供水泵站節(jié)能降耗中的經(jīng)濟效益和社會效益還是十分顯著的。（本文作者：梁躍施 單位：佛山水業(yè)三水供水有限公司）