【其它行業(yè)】 IDrive系列在平山水源泵站的應(yīng)用
近幾年來,高壓變頻調(diào)速技術(shù)這一嶄新的、變革性的技術(shù)在國民經(jīng)濟的各個重要的行業(yè)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平,已接近世界同行業(yè)的領(lǐng)先水平。作為高壓變頻調(diào)速的最新技術(shù),單元串聯(lián)多電平高壓變頻器,采用多重化技術(shù),提供無諧波的波形、具有顯著的節(jié)能效果,是其他高壓變頻調(diào)速技術(shù)所無法比擬的。
內(nèi)陸城市是國內(nèi)嚴重的缺水城市,水資源的嚴重匱乏,使供水量的調(diào)節(jié)尤為重要。平山水源泵站有4臺10KV、功率710KW的水泵機組。每臺機組的額定流量為1800m3/h,揚程為120米。總管流量根據(jù)用戶需要及水源蓄水狀況進行調(diào)節(jié),一般的波動區(qū)間為2000~3800m3/h,為提供一地區(qū)供水,所以一般要開兩臺泵,最多時須同時開啟三臺泵。原來使用調(diào)節(jié)閥門開度的方法改變管網(wǎng)流量,既不直觀,又造成了能源的浪費。公司經(jīng)過大量的調(diào)研工作,決定采用國內(nèi)最先進的高壓變頻調(diào)速技術(shù)-單元串聯(lián)多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù),并選用了上海億思特電氣有限公司IDrive系列變頻器。經(jīng)過幾個月的運行,我們發(fā)現(xiàn)上海億思特電氣有限公司IDrive系列變頻器具有節(jié)能效果明顯,操作簡便,穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
二、IDrive系列變頻器原理
IDrive系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2.1,由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10000V系列有24個功率單元,每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
圖2.1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致,可以互換,其電路結(jié)構(gòu)見圖2.2,為基本的交-直-交單相逆變電路,整流側(cè)為二極管三相全橋,通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制,可得到如圖2.3所示的波形。
功率單元原理圖 功率單元輸出波形實測圖
輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電,移相變壓器的副邊繞組分為三組,構(gòu)成48脈沖整流方式;經(jīng)多級移相疊加的整流方式,可改善電流波形,是逼近標準正弦波,高次諧彼<2%,完全符合1992年制定的IEEE519標準和GB/T14549,93國家標準《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求。負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。
另外,由于變壓器副邊繞組的獨立性,使每個功率單元的主回路相對獨立,類似常規(guī)低壓變頻器,便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。
輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電,通過對每個單元的PWM波形進行重組,可得到如圖2.4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好,dv/dt小,可減少對電纜和電機的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長,電機不需要降額使用,可直接用于舊設(shè)備的改造;同時,電機的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機械振動,減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。
實測輸出側(cè)線電壓波形
變頻器系統(tǒng)安全、可靠,保護裝置功能齊全,具有過電壓、欠壓、過電流、過熱、缺相等保護裝置。具有完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障報警保護。
三、調(diào)速方案
根據(jù)實際情況,我們確定的調(diào)速方案為:選擇1、4號泵為可調(diào)速水泵,正常運行時其中任一臺運行于調(diào)速狀態(tài),而另一臺泵作為備用,也可隨時投入工頻狀態(tài)運行。兩臺泵運行狀態(tài)的切換采用手動方式。并要求兩臺泵不能同時投入變頻狀態(tài),或同時投入工頻狀態(tài)運行,對此要求,在設(shè)計旁路切換柜時特別設(shè)計了機械聯(lián)鎖裝置。實際的原理接線圖如圖3.1:
圖3.1 旁路切換柜原理圖
其中:KA1、KA2為高壓開關(guān)
KG1-KG4 為隔離開關(guān)
四、水泵調(diào)速替代閥門節(jié)流后的節(jié)能情況
1.節(jié)能分析
如果通過水泵調(diào)速方式改變流量,使流量由Q1變至Q2,速度由N1調(diào)至N2,則工作點由B點降到C點;如果水泵定速為N1運行,通過閥門改變流量,則水泵從A點變?yōu)锳點。水泵在B、C兩工作點的功率分別為:PC=H1×Q2, PB =H2×Q2;
假設(shè)水泵在A、C兩點效率差別不大,都約為η,則調(diào)速方式相對于關(guān)閥方式,節(jié)能效益
2. 實際節(jié)能情況
實際運行中,每臺泵在工頻運轉(zhuǎn)下的滿負荷輸出為1800m3/h,我們根據(jù)最典型的應(yīng)用工況,分別統(tǒng)計了管網(wǎng)輸出為3268m3/h及2600m3/h時兩臺工頻泵及一臺工頻泵配一臺變頻泵運轉(zhuǎn)時的幾組數(shù)據(jù):
兩臺工頻泵在管網(wǎng)流量為3268m3/h下運轉(zhuǎn),統(tǒng)計時段累計供水量為50190m3,耗電量為21450度,計算得噸水耗電量為0.4274度;
一臺工頻泵配合一臺變頻泵在管網(wǎng)流量為3268m3/h下運轉(zhuǎn),統(tǒng)計時段累計供水量為47525m3,耗電18375度,計算得噸水耗電量為0.3866度;
兩臺工頻泵在管網(wǎng)流量為2600m3/h下運轉(zhuǎn),統(tǒng)計時段累計供水量為62270m3,耗電量為28950度,計算得噸水耗電量為0.464度;
一臺工頻泵配合一臺變頻泵在管網(wǎng)流量為2600m3/h下運轉(zhuǎn),統(tǒng)計時段累計供水量為68100m3,耗電29550度,計算得噸水耗電量為0.4339度;
假設(shè)使用一臺變頻泵配一臺工頻泵,一年中各有一半時間分別在3268m3/h及2600m3/h下運轉(zhuǎn),每度電費為0.45元,則一年中較使用兩臺工頻泵節(jié)約的電費為:
(0.4274-0.3866)×3268×24×365/2×0.45+(0.4649-0.4339)×2600×24×365/2×0.45=262802+158862=42.1664萬元。
五、方便的閥門聯(lián)鎖功能
IDrive系列高壓變頻器配備了西門子公司的S7-200系列PLC,在實現(xiàn)外部邏輯控制時顯得尤為方便。其閥門聯(lián)鎖功能的作用是:在啟動水泵升速過程中,水泵出口水壓逐漸增高,當大于設(shè)定的“最小開閥出口水壓”時,閥門開始打開,直至開全;在停泵時,閥門同步關(guān)閉;如果開泵時,閥門因各種原因未能開全,將提示“閥門沒有開全”,停泵時,如閥門未關(guān)嚴,將提示“閥門沒有關(guān)嚴”。實際運用中,我們將“最小開閥水壓”設(shè)定為0.9MPa,這樣在開泵和停泵過程中,值班人員無需再對閥門執(zhí)行任何操作,不僅減少了操作的失誤,而且在開閥、關(guān)閥過程中對管網(wǎng)的沖擊也很小。
六、方便快捷的操作
IDrive系列高壓變頻器有完善的上位機監(jiān)控功能,操作人員在值班室即可完成對變頻器的一切操作,結(jié)合現(xiàn)場的實際工況,在變頻器的控制界面和遠程監(jiān)控界面上可以實時顯示總管流量、總管水壓等參數(shù),極大的減輕了操作人員的工作量,提高了工作效率。
七、結(jié)束語
高壓大功率變頻器在工業(yè)和生活供水系統(tǒng)中的應(yīng)用將會越來越廣泛,除了有明顯的節(jié)能效果外,還可以接入工廠的DCS系統(tǒng)中,組成一個大閉環(huán)的調(diào)速控制系統(tǒng),使工藝設(shè)備運行方式更趨合理,使設(shè)備的自動化程度提高到了一個新水平,將會有有很可觀的社會效益。

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