高压变频器在自来水厂中的节能应用及效果分析

高压变频器在自来水厂中的节能应用及效果分析张建(扬州自来水有限责任公司江苏扬州225000)随着社会的发展，技术的进步，广大企业及个人用户急需实现城市恒水压供水。为此扬州自来水有限责任公司对部分原有工频中压(6kV)电机进行了变频调速系统的技术改造。我厂供水泵房原有五台水泵，全部定速运行，正常生产功率总需求在380kW～lO00kW之间，由于用户用水特性的关系，日夜供水量差异较大，为保证服务水压在规定范围内，需要调节阀门开度或更替大、小水泵出水，使得水泵频繁启、停，引起电机、水泵、阀门故障的增加，水锤效应的产生，对管网也会频繁产生冲击，不但浪费了能源还损害了设备。为实现降本增效，提高供水质量，实现恒水压供水，逐步达到自动化水厂的生产要求，公司决定对部分机组加装变频调速系统。1变频器1．1变频器的概念变频器，指一种电力设备控制装置，它的定义是：一种可以对电源电压进行调整，对电流频率进行改变的电气设备。变频器是科学发展下，变频技术与电子技术的结合产物。过去的变频器在使用时多被包含在电动发电机等电气设备中，并不能独立进行作业，而伴随着科学技术的发展以及半导体电子设备的出现，今天的变频器在使用时已经可以完全脱离各种电气设备，单独进行使用。目前，变频器被广泛应用于工业设备和家用电气设备中。1．2变频器的应用特点变频器的应用范围比较广泛，当其应用于工业设备或电气设备中时，可以起到良好的节电节能作用。供水行业使用变频器的目的是为了避免和解决供水故障，从而达到提高水厂供水质量水平的目的。总的来说，变频器的应用特点主要有：其对电能的耗损率极低，且还可以将某些因用量变化而浪费的电能储存与节约下来，在节约电能的同时，也提高了电能的利用率；由于其具有调整电源电压，改变电流频率方式的功能，因此在应用时它可以有效提高水厂的供水效率，并且可以根据用水季节的不同而自动调整电流频率，实现平衡管网供水水压的功能；此外，变频器的使用还可在一定程度上降低供水系统中设备的损耗率，减少机械运作期间的噪音，在满足了水厂生产工艺要求的基础上，还可有效改善生产车间的劳动环境。2变频调速原理选用的是罗克韦尔PowerFlexTM7000的高低压变频器，其采用了多电平串联技术，主要由移相变压器、功率单元和控制器组成。罗克韦尔PowerFlexTM7000采用了脉宽调制技术(PWM)一电流源逆变器(CSI)作为驱动端逆变器，如图1所示。这种结构简单、可靠和高性价比的功率单元，能适应较宽的电压和功率范围。电力半导体开关器件在中压范围内可以串联使用。由于采用了母线电感器进行电流限制，所以功率单元不需要半导体熔断器。撩l辘麟蘸髓鞘髓鞲黼黉牌口_}攀bI】E1～～{一0图1PWM—CSI交流变频器变频调速系统主要通过为水泵电动机提供频率可变的供电一电源，进而实现水泵电动机的无极调速，最终依照预先设定的参数实现管网水压自动化地连续变化。由三相异步电动机定子每相电动势的有效值。Eg=4．4m中式中E一气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值(V)f1一定子频率(HZ)N定子每相绕组串联匝数；K定子基波绕组系数；一每极气隙磁通量(Wb)当在实际利用变频器调节电机转速的过程中，当供电电压E一定时，若f1变化则引起m会随之变化。fl降低，磁通则上升，造成磁路过饱和，电流上升，使电动机带载能力降低，COS降低，铁损增加，电机过热；反之，fl上升，中m下降，在R(负载)一定时，有过流的危险。因此希望中m可以保持基本不变。要实现这个目标，只要控制好Eg和fl，便可达到控制磁通中m的目的，即肇：常值‘，则磁通m可保持基本不变。因此变频的同时也要变压，即变频调速控制方式中的v控制，常用VVVF表示。常见的变频调速控制方式还有转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制。3变频技术与变频器在水厂供水中的应用交流电动机变频调速技术尤其是计算机控制技术的成熟使得PLC和变频调速结合得更加紧密，能够为水厂发挥的积极作用更加明显。水厂供水变频调速系统具有操作简单、高可靠性、高抗干扰性、供水压力恒定以及节能高效的优势；同时，借助于对该系统的更深入应用，水厂可以实现无人值守；另外，该系统可以实现多台水泵的软启动以及软停车，将传统操作方式容易导致的管网水锤效应降到最低；借助于网络通信技术，能够实现对水泵机房的远程数据维护和远程控制，拓展变频器的操作灵活性并提高其工作可靠性。3．1PLC控制系统的优化与改善供水变频调速系统主要包括现场控制层、控制主干层以及管《资源节约与环保》2016年第1期理层三个部分。若系统采用DCS(分布式控制系统)结构，实现难度比较低。DCS的控制模式采用“分散控制、集中管理”的多级控制模式，功能虽然分散，但是系统的可靠性得到了提高，水厂的控制主干层通讯利用以太网进行。另外，现代化管理的发展趋势也应该是水厂当前需