不銹鋼無(wú)塔供水設備在生活泵節能改造上的應用

      摘 要 ：本文剖析了新一代高壓變頻器的原理和技能特色，以及在國電自來(lái)水廠(chǎng)無(wú)負壓變頻泵運能改造的節能狀況。 

導言

      選用新式高壓大功率電力電子器材、直接“高-高”方法的高壓變頻器，具有體積小、功率高、布局簡(jiǎn)略、作業(yè)牢靠等特色。變頻設備選用不可控24脈沖移相整流和全控器材進(jìn)行開(kāi)關(guān)調制，具有很高的輸入側功率因數、較好的調速功能和轉矩操控功能。高壓變頻器通過(guò)改動(dòng)電動(dòng)機作業(yè)頻率，在很寬的轉速范圍內進(jìn)行高功率的轉速調理，能夠獲得很好的節電作用，在風(fēng)機和水泵的節能改造上現已得到廣泛驗證。

      國電自來(lái)水廠(chǎng)發(fā)電廠(chǎng)3、4號機為210MW火電機組，和 3、4號機組配備有6臺6kV/570kW無(wú)負壓變頻泵電機，電機類(lèi)型JS512-8，額外電流69A，額外轉速730r/min。其間，6#無(wú)負壓變頻泵是二級泵，和5#無(wú)負壓變頻泵合作運用。在裝置變頻器之前，6#無(wú)負壓變頻泵是依據前池液面的高度決議啟、停電機。

      這樣就存在兩方面疑問(wèn):一方面為了習慣生產(chǎn)技能需求，需求每天依據前池液位和沖灰管的需求不斷切換、啟停電機，前池液位高度得不到很好操控，而且頻頻工頻發(fā)動(dòng)電機對電機形成很大沖擊; 另一方面存在節省丟失，形成電能的糟蹋。為了進(jìn)一步優(yōu)化無(wú)負壓變頻泵作業(yè)工況，節省電能，所以對6#無(wú)負壓變頻泵電機進(jìn)行高壓運能改造。 6#無(wú)負壓變頻泵電機在高壓變頻器改造之后，通過(guò)調整6#無(wú)負壓變頻泵變頻器的作業(yè)頻率（電機轉速）來(lái)調整前池液面的高度，這樣5#無(wú)負壓變頻泵能夠一直在較合適功率下工頻作業(yè)，然后減少了操作6#無(wú)負壓變頻泵開(kāi)關(guān)的分合次數，減小了電機工頻發(fā)動(dòng)形成的沖擊，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)技能，而且節省了電能。 

2 不銹鋼無(wú)塔供水設備作業(yè)技能和運能改造技能計劃 2.1 6#不銹鋼無(wú)塔供水設備作業(yè)狀況及運能改造技能計劃

（1）在不銹鋼無(wú)塔供水設備作業(yè)現場(chǎng)，變頻器到電機之間的高壓電纜常常發(fā)作單相對地放電或單相直接接地的狀況。在這種狀況下，要確保不能損壞變頻器，而且變頻器要能宣布報警停機信號以便現場(chǎng)人員及時(shí)處置。因而，需求變頻器輸出能接受單相接地的才能，相應變頻器的輸出濾波器電容中性點(diǎn)不能直接接地，而是需求通過(guò)電容接地。

（2） 由于6#不銹鋼無(wú)塔供水歸于二級泵，所以在發(fā)動(dòng)6#無(wú)負壓變頻泵變頻器作業(yè)之前，5#一級無(wú)負壓變頻泵一般現已在作業(yè)，將會(huì )推進(jìn)6#無(wú)負壓變頻泵電機作業(yè)，變頻器相當于飛車(chē)發(fā)動(dòng)。所以變頻器發(fā)動(dòng)時(shí)需實(shí)時(shí)檢測電機作業(yè)頻率，依據該作業(yè)頻率股動(dòng)電機發(fā)動(dòng)。

（3） 6#不銹鋼無(wú)塔供水作業(yè)需求能對前池液位高度閉環(huán)操控，主動(dòng)調理電機的轉速。

（4） 由于不銹鋼無(wú)塔供水作業(yè)時(shí)，在前池液位很低的時(shí)分有能夠形成負荷過(guò)大乃至堵轉的狀況，因而需求變頻器有過(guò)載才能以及過(guò)流維護措施。歸納上述要素，從目前國內、外首要的兩種高壓變頻器拓撲布局中，挑選依據IGCT的三電平中性點(diǎn)箝位的拓撲布局。三電平拓撲布局具有以下長(cháng)處:開(kāi)關(guān)功率器材數少、IGCT開(kāi)關(guān)電流大、過(guò)流才能強、布局簡(jiǎn)略、牢靠性高、適宜負載沖擊較大的運用場(chǎng)合。

      在操控方面，無(wú)負壓變頻泵前池液位設置壓力式水位傳感器，將丈量得到水位高度信號，變換為4～20mA規范信號，由電流環(huán)接口送給變頻器; 變頻器計算出當時(shí)水位與操控水位之間的誤差，通過(guò)變頻器內置的數字PID調理器改動(dòng)變頻器的輸出頻率，調理電動(dòng)機的轉速，進(jìn)而操控無(wú)負壓變頻泵前池液位的高度。           2.2 三電平中點(diǎn)箝位電路原理布局圖依據IGCT的三電平中性點(diǎn)箝位的高壓變頻器布局簡(jiǎn)略，主體由整流器、逆變器和濾波器組成。如圖1所示，整流器選用24脈沖不控整流，由移相15°的24脈波移相整流變壓器和四重三相整流橋構成，這樣能夠滿(mǎn)意對輸入端的電流諧波需求。直流環(huán)節由共模電抗、IGCT維護及充電限流電阻和直流電容（C1、C2）構成。 圖1 三電平中點(diǎn)箝位變頻設備電路原理布局圖 三電平逆變器由di/dt吸收電路（由陽(yáng)極電抗及嵌位電路組成）和12個(gè)IGCT組件構成的三電平逆變橋組成。三電平布局的變頻器需求拖動(dòng)6kV電機，所以變頻器直流母線(xiàn)電壓需求10kV。實(shí)踐作業(yè)時(shí)，兩個(gè)處于關(guān)斷狀況的功率組件需求接受10kV的電壓，這樣每個(gè)組件要接受5kV。在主開(kāi)關(guān)功率器材IGCT作業(yè)耐壓只要4.5kV的條件下，需求選用兩只串聯(lián)的方法組成一個(gè)功率組件。變頻器內置輸出濾波器由三相濾波電抗（La、Lb、Lc）和三相濾波電容（Ca、Cb、Cc、Cn）構成。濾波器使變頻器輸出到電機的電壓和電流波形愈加挨近正弦波，而不需求電動(dòng)機降容運用。 變頻設備內部選用無(wú)熔斷器布局，電路的主維護首要由維護IGCT來(lái)完成，其舉措時(shí)刻在μs級。 

      2.3 新一代高壓變頻器操控體系的改善我公司第，一代變頻器選用工控機進(jìn)行信號處置，操控的實(shí)時(shí)性得不到確保。由于變頻器要選用優(yōu)化的PWM操控算法操控電機，需求主控體系操控器具有更高的作業(yè)速度和處置才能、更大的存儲器和外部信號處置端口、具有浮點(diǎn)運算的才能。因而，新一代的變頻器操控器選用浮點(diǎn)數字信號處置器DSP和大規模集成電路的 FPGA相結合的計劃，DSP首要擔任收集的信息和運算處置，FPGA依據處置結果轉化為相應的操控脈沖，操控實(shí)時(shí)性大大進(jìn)步。圖2是新一代高壓變頻器主控板的硬件框圖，它與第，一代操控器比較，更能習慣高功能的矢量操控算法的需求。 圖2 新一代高壓變頻器主控體系硬件框圖 

3 II期6#無(wú)負壓變頻泵高壓變頻器現場(chǎng)調試作業(yè)和節能剖析 

      3.1 變頻器體系的操控調試無(wú)負壓變頻泵的流量是依據機組的負荷巨細和沖灰技能需求操控的，水流量的改變較大，有時(shí)呈階梯狀特性，水位動(dòng)搖比較大。水位壓力式傳感器需求挑選適宜的丈量點(diǎn)，否則會(huì )由于水池內水流要素和水面動(dòng)搖導致丈量的不安穩性。通過(guò)現場(chǎng)測驗，挑選了水流改變不大的靠池壁方位。通過(guò)調試，建立了一個(gè)適宜的模型和PID操控參數，通過(guò)閉環(huán)盯梢水位改變，安穩操控前池液面的高度，優(yōu)化了生產(chǎn)技能。別的，變頻器還能夠挑選作業(yè)在開(kāi)環(huán)狀況，通過(guò)電廠(chǎng)DCS信號操控變頻器的輸出頻率。 

      3.2 變頻器節能剖析 II期6#無(wú)負壓變頻泵進(jìn)行運能改造的一個(gè)重要原因是節省電能。電機變頻作業(yè)節能的原理在許多材料均有論說(shuō)，這里不做評論。表1～2是通過(guò)II期6#無(wú)負壓變頻泵的工頻旁路作業(yè)和變頻作業(yè)的實(shí)踐數據來(lái)闡明變頻的節能作用。 依據以上數據，選用變頻作業(yè)后，24h可節省電量9380-6360=3020kWh。選用變頻器后節能32%。由以上實(shí)踐作業(yè)數據能夠看出:電機變頻作業(yè)不只滿(mǎn)意了技能需求，一起能節省很多電能。通過(guò)幾個(gè)月的接連作業(yè)，II期6#無(wú)負壓變頻泵的運能改造后，節能作用顯著(zhù)。不銹鋼無(wú)塔供水歸于火電機組的共用設備，年作業(yè)時(shí)刻長(cháng)，能夠為電廠(chǎng)節省15～30%左右的動(dòng)力。 

4 結束語(yǔ)

      自來(lái)水廠(chǎng)II期無(wú)負壓變頻泵通過(guò)運能改造后，優(yōu)化了不銹鋼無(wú)塔供水的作業(yè)狀況和生產(chǎn)技能，非常好地安穩了前池液位的高度，完成了閉環(huán)主動(dòng)操控，一起節省了很多電能，節能作用顯著(zhù)。高壓變頻器的操控體系和操控技能發(fā)展很快，對電機非常好功能的操控需求功能更高的主控體系渠道。盡管新一代操控體系的高壓變頻器首要運用到風(fēng)機、水泵的變頻驅動(dòng)上，但它比曾經(jīng)更牢靠、更能進(jìn)步高壓變頻器的操控功能。