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自來水廠水泵變頻器節能改造探究 
發布時間:2014-05-05 04:01:00 信息來源:中國電力電子產業網


根據相關數據顯示:我國70%以上的發電總量都損耗在電動機上,水泵、風機占整個消耗總量的40%。通過電機變頻能代替原有流量調節,平均每個小時可以節約300到400億千瓦。在自來水廠中,變頻器主要用來泵房取水、送水,除了節電,它還可以調整平滑取水的流量以及送水壓力,進而滿足供水工藝與制水要求。

  一、自來水廠水泵變頻節能原理

  在大多數改建、新建的自動化水廠泵房中,都配備了變頻器,在改善工藝的同時,進一步降低能耗。在這過程中,變頻器控制方式與PLC、手動運行模式基本上一致,通過控制箱就能現場切換。在水廠泵房送水中,通過PLC自控系統以及PID調節,不僅能讓變頻器進行自動調速,還能保障恒壓供水,即使在無人值守的泵房,也能進一步提高水廠生產效率與安全性。在變頻器取水中,通過PID以及PLC調節,不僅能讓變頻器實現自動調速,還能讓清水始終處于穩定的狀態,在無人值守的泵房中,進行優質、高效的供水。在自動化水泵房控制設計中,通常由清水位控制送水泵房壓力控制和變頻器頻率,通過改變送水泵房變頻器工作狀態,影響水壓力,它清水池時間滯后影響尤為突出,同時還會絮凝池、平流池、濾池水流量對水位的影響也很大。因此,用清水池水位對水泵房機組節能的方法對節能改造沒有太理想的效果。負載轉矩和轉速的平方以正比例關系呈現是水泵的主要特點,同時,軸功率和轉速的立方額成正比例關系。Q:Qo=n:no,H:Ho=(n:no)2,P:Po=(n:no)3,其中no為額定基準轉速,n是運行轉速,Ho是no的揚程,Qo是no的流量,H是n的揚程,Po是no的功率,同時P也是n的功率。對于現實中的泵負載,有一個和高低差具有實際聯系的揚程,在變頻運行或者調速中必須特別注意。

  在實際工作中,運行點一般由管路對曲線進行阻擋,H到Q之間的交點對其也有重要作用。如:80%以上的運轉點不會在C區域,而在D區域。同時,軸功率必須考慮相似的問題,也就是說工作點不能和立方曲線直接交叉。也就是說,在相同的轉速下,揚程越大,流量降低的比例就會越大,當轉速范圍縮小到一定范圍時,節能效果也會隨之降低。

  在轉速節能效果控制與閥門控制中,如果自來水廠流量從1.0轉換成0.5,在閥門控制中,利用關小閥門讓相關曲線的阻抗由R1變成R2,此時的工作點也會從原來的A點移動到B點;如果使用的是轉速控制,在同一阻抗曲線中,R1就會從A點直接移動到B點。在P到Q軸功率特性曲線不變的情況下,100%的閥門轉速就會直接從A點移動到B點;在轉速控制中,它會在實際揚程的控制功率上,從A點運動到D點,和閥門控制結果相比,它能得到相當于BD一樣的節電。如果使用的是變頻調速,由于實際揚程相對較小,所以軸功率會越來越接近曲線立方關系,此時調速產生的節能效果就會更大。

  對于自來水廠的水泵,由于需要隨時向供水系統補水,所以在不同的時段區域以及不同的季節,用水量存在很大不同,需要補充的系統和流量壓力也存在很大差異。傳統的節能方法是,調節揚程壓力與節水流量,不僅浪費資源,流程也相當麻煩,需要較高的成本,同時還會造成大量的機械損耗。

  二、自來水廠水泵變頻器節能改造的工藝要求

  在自來水廠水泵變頻器節能改造中,變頻器一般使用遠程控制與本地控制相結合的方式進行。其中遠程控制又包括壓力負反饋和頻率控制,一般頻率調節都在0到50HZ之間。而直接頻率控制和壓力負反饋遠程控制都有PLC進行選擇,在運行過程中,也可以根據變頻器具體的控制方式選擇。本地控制是對面板進行的控制,控制方式調整成LOCAL;在頻率調節時,通過手動頻率控制,進而保障出廠壓力與流量。在對自來水廠變頻器改造中,為了保障改造質量,必須根據節能目標滿足基本的節能要求,在這過程中,價格合理尤為重要;其次是水泵必須達到高強度的連續、可靠運轉,進而保障系統由工頻到變頻,以及由變頻到工頻之間的轉換,一旦出現瞬時停電現象,通過自動再啟動的系統就能正常運行。

  在某自來水廠水泵變頻器中,該系統擁有三臺水泵,并且每臺電機容量都能達到75KW,一臺作為備用,另外兩臺正常工作。具體情況如下:在三臺水泵中,對其分別進行定速和調速運行,并且變頻器智能作為一臺電機的電源。所以每臺電機的停止、啟動都會相互相應,通過這種邏輯性電路控制,不僅可以保障電路切換,還能達到節能目標。

  在外部接線以及變頻器選型中,一般選用風機、水泵類專用的變頻器,用PLC進行控制。在變頻器接線中,水泵運行中的管壓會直接影響水泵運行狀況。如果管壓高于0.8時,定速、變速、備用各一臺;當管壓低于0.64時,兩臺備用,一臺變速或者定速;當管壓低于0.52時,兩臺備用,一臺作為變速。這三種情況都是根據管道流量以及壓力傳感器信號,通過函數發生器將其演變成控制信號,進而啟動閥門與電動機。對于運行狀態的電機,壓力信號一般由三種不同的速度進行切換。

  在變頻器接線中,電機轉向和電源相序連接沒有直接關系,一般根據電機連接的方式達到電機轉向。在這過程中,需要注意的是:電機端和電源端絕對不能反接,否則就會損壞變頻器。對于電源開關、KM1接觸器、QF容量則根據自來水廠水泵變頻器具體要求選擇。通過在變頻器上安裝功率表、電壓表、功率因素表、電流表等模擬類電表,對電機進行細致的監控;對于CM、FWD、C1V1等繼電器連接,通常使用靈敏度很高的微型雙觸點繼電器。在頻率設置中,可以根據流量、壓力對其進行手動切換,為了轉換功率因素,必須安裝DK線圈,設置報警電路,一旦出現故障,通過聲光就能達到報警效果。

  結束語

  從自來水廠水泵變頻器自身特征來看,它具有很多優點,對安全生產具有重要作用。因此,在實際工作中,必須根據相關要求,從各方面避免水泵壓力突破,在保障水壓穩定的同時,保障水廠安全生產以及節能降耗等具體要求。

 

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