1． 引言
耿井水廠為勝利油田供水公司下屬水廠之一，設(shè)計日供水能力30萬噸，供水泵房配備了十臺水泵機(jī)組。其中1#、2#、3#、4#、5#、6#機(jī)組為550KW/6KV，7#、8#、9#、10#為355KW/6KV，改造前全部定速運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)水泵的出口閥門開度來調(diào)節(jié)水量，大量電能在閥門上白白浪費(fèi)。為降低損耗，提高供水能力，水廠決定采用變頻器進(jìn)行調(diào)速改造。
勝利油田供水公司經(jīng)多方調(diào)研考察，認(rèn)為風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻器為直接高-高、電壓源型變頻器，采用功率單元串聯(lián)方式，諧波少，功率因數(shù)高，適用于普通異步電機(jī)，有良好的人機(jī)界面，各項服務(wù)及時周到，有優(yōu)異的性價比,最終我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻器受到供水公司的青瞇。
2．水廠設(shè)備概況
勝利油田供水公司耿井水廠決定3#、4#機(jī)組采用變頻調(diào)速改造，采用一拖二的形式，即高壓變頻器拖動3#、4#機(jī)組任一臺，當(dāng)其中一臺機(jī)組運(yùn)行到50Hz供水不足時，變頻器把當(dāng)前機(jī)組切換到網(wǎng)電工頻運(yùn)行，然后拖動另外一臺機(jī)組變頻運(yùn)行。設(shè)備現(xiàn)場情況如圖1示。3#、4#機(jī)組為同型號機(jī)組，其中3#機(jī)組電機(jī)和水泵的主要參數(shù)如下：
1）水泵
型號 RDL500
額定流量 3000m3/h
額定揚(yáng)程 49m
額定軸功率 550KW
額定效率 83%
額定轉(zhuǎn)速 970rpm
2）電機(jī)
型號 JSQ458-6
額定功率 550KW
額定電壓 6KV
額定電流 64A
額定功率因數(shù) 0.89
額定轉(zhuǎn)速 985rpm
圖1設(shè)備現(xiàn)場情況圖
3.風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器的功能介紹
勝利油田供水公司耿井水廠決定選用我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器一拖二控制系統(tǒng)對3#、4#水泵機(jī)組作調(diào)速改造。以下是對風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器功能的一些介紹。
3.1 JD-BP37-550F高壓變頻器的主要性能指標(biāo):
變頻器功率 550KW
額定輸出電流 68A
輸入頻率 45Hz到55Hz
額定輸入電壓 6KV
允許電壓波動 ±20%
輸入功率因數(shù) ≥0.98
輸出電壓范圍 0～6KV
變頻器效率 ≥96%
輸出頻率范圍 0～50Hz
過載能力 100%連續(xù) 160%連續(xù)1min 220%允許1.5S
3.2 JD-BP37-550F高壓變頻器主要技術(shù)性能
3.2.1 高——高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機(jī)，對電機(jī)、電纜絕緣無損害。
3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。
3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計，維護(hù)簡單，互換性好。
3.2.4 輸出階梯正弦PWM波形。
3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強(qiáng)弱電隔離，安全可靠。
3.2.6 完善的故障檢測，精確的故障保護(hù)及準(zhǔn)確的定位顯示和報警。
3.2.7 內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠(yuǎn)程控制，適應(yīng)現(xiàn)場多變需求。
3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是完美正弦波。
3.2.9 控制電源與高壓電相互獨(dú)立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現(xiàn)場調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員，便于維護(hù)。
3.2.10 采用準(zhǔn)優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。
3.2.11 功率單元經(jīng)24小時高溫老化、150％負(fù)載試驗，可靠性高。
3.2.12 中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。主界面如圖2示。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善，系統(tǒng)包括上位機(jī)（商用PC機(jī)）、下位機(jī)（工控機(jī)）、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個4位LED數(shù)碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(jī)（商用PC機(jī)）放在總控室，可對多臺變頻器進(jìn)行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機(jī)可省，或讓客戶自定。
圖2 主界面圖
3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。
3.2.14 可打印輸出運(yùn)行報表。
變頻器除了以上基本功能以外,還具有如下特殊功能:
1） 閥門真空度檢測。
變頻器在啟動水泵以前,會自動判斷真空度的值,如果沒有真空度或沒有達(dá)到要求,變頻器會提供報警信號,并拒絕啟動水泵。
2） 配置工頻旁路。
變頻提供手動旁路開關(guān),使水泵機(jī)組既可變頻運(yùn)行,又可工頻運(yùn)行。
3） 具有“本地”及“遠(yuǎn)程”兩種工作方式。
根據(jù)用戶的需要,既可以在變頻器旁開停操作及調(diào)節(jié)參數(shù),也可在遠(yuǎn)程的控制室通過人機(jī)界面對水泵進(jìn)行控制。
4） 具有閥門聯(lián)動功能。
在開泵和停泵的過程中,值班人員無需再對閥門進(jìn)行任何操作,減輕了工人的勞動強(qiáng)度,實現(xiàn)開停泵的全部自動化。
5） “一拖二”控制功能。
該系統(tǒng)一拖二控制具有手動和自動兩種運(yùn)行方式，并設(shè)置遠(yuǎn)程控制還是就地控制，旋轉(zhuǎn)電機(jī)選擇3#、4#，指示即為優(yōu)先拖動目標(biāo)。
⑴手動方式
①如果選擇“手動轉(zhuǎn)換”、“遠(yuǎn)程控制”，則按以下步驟操作。以優(yōu)先選擇3#泵為例，檢測3#泵真空度是否滿足要求。如果其真空度滿足要求，按“轉(zhuǎn)變頻”按鈕，相應(yīng)電機(jī)的接觸器吸合，變頻器在人機(jī)界面上確認(rèn)3#泵處于變頻待機(jī)狀態(tài)?？筛鶕?jù)用戶的需要開機(jī)運(yùn)行，同時人機(jī)界面上的運(yùn)行指示燈有灰色變?yōu)榫G色，3#泵的電磁閥開關(guān)相應(yīng)打開。
②變頻器按給定壓力自動調(diào)節(jié)頻率，如果變頻器頻率升至50Hz后管網(wǎng)壓力還是低，延時一段時間后，給出壓力低轉(zhuǎn)工頻報警，操作人員經(jīng)檢查管網(wǎng)壓力確實低，并符合轉(zhuǎn)工頻的條件，則按“轉(zhuǎn)工頻”按鈕，變頻器將3#泵轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行。
③然后操作人員檢查確認(rèn)4#泵是否可以啟動，若可以啟動，則按“轉(zhuǎn)變頻”按鈕，變頻器拖動4#泵變頻運(yùn)行。若不需要轉(zhuǎn)工頻，則只將“報警消音”按鈕按下，消除報警。
④當(dāng)管網(wǎng)壓力高時，變頻器頻率運(yùn)行在下限頻率40Hz（可調(diào)），延時一段時間后，給出壓力高報警信號。
⑤操作人員經(jīng)檢查管網(wǎng)壓力確實高，關(guān)閉3#泵，由4#泵變頻運(yùn)行維持恒壓供水。
⑵自動方式
在自動運(yùn)行時，首先優(yōu)先選擇3#、4#泵，如果3#泵出現(xiàn)故障，則通過人機(jī)界面在線修改該水泵的狀態(tài)，把3#泵設(shè)為故障狀態(tài)，則系統(tǒng)啟動時，自動不啟動3#泵。以優(yōu)先選擇3#泵為例，如果3#泵正常，如果其真空度滿足要求，則3#泵變頻運(yùn)行。同時，打開3#泵的電磁閥，通過壓力變送器檢測壓力的大小，PLC經(jīng)過PID運(yùn)算，控制變頻器的輸出頻率，從最低頻率開始上升；如果管網(wǎng)壓力低,變頻器運(yùn)行頻率上升至50Hz，給出壓力低轉(zhuǎn)工頻報警；如果管網(wǎng)壓力一直低于設(shè)定壓力,延時一定時間后，將3#泵切換到工頻運(yùn)行，再啟動4#泵，直至滿足供水需求。如果用水量減少，管網(wǎng)壓力升高，則PLC控制變頻器的輸出頻率，降低頻率減少出水量，穩(wěn)定管網(wǎng)壓力。如果變頻器的運(yùn)行頻率在下限頻率40Hz（可調(diào)），則系統(tǒng)壓力高報警，同時PLC開始壓力高計時，如果管網(wǎng)壓力降低，則取消計時，如果管網(wǎng)壓力一直高于設(shè)定壓力，延時一定時間后，根據(jù)先投先停的原則，PLC將先關(guān)閉正在運(yùn)行的投入時間最長的泵的電磁閥，再關(guān)閉該泵，直至維持管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值，這樣依次類推。系統(tǒng)控制一拖二原理框圖如下示：
圖3一拖二原理框圖
4．改造方案
勝利油田供水公司耿井水廠給水泵的改造方案主回路如下圖示
圖4 改造線路圖
KA0 變頻器高壓開關(guān)
KA1 、KA2 原3#和4#泵高壓開關(guān)
KY1～KY4 高壓真空接觸器
M1 3#水泵電機(jī)
M2 4#水泵電機(jī)
KY2不能和KY1或KY3同時吸合,KY3不能和KY4或KY2同時吸合。
5．項目實施情況
2005年6月6日，勝利油田供水公司與山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術(shù)協(xié)議。
2005年8月6日，變頻器運(yùn)抵用戶現(xiàn)場。
2005年9月1日至5日，變頻器本體安裝。
2005年9月6日，變頻器空載調(diào)試。
2005年9月7至9日，變頻器帶載運(yùn)行調(diào)試。
2005年9月10日至13日，變頻器試運(yùn)行。
2005年9月14日，變頻器正式交接、驗收。
6．變頻器運(yùn)行情況
從變頻器投入運(yùn)行的應(yīng)用效果來看，完全達(dá)到了用戶進(jìn)行水泵變頻改造的目的，較改造前其優(yōu)越性體現(xiàn)于：
（1） 操作簡便,易于觀察。
變頻器運(yùn)行時的所有數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)在上位機(jī)顯示屏都可顯示,如運(yùn)行頻率,輸入電壓,輸入電流,輸出電壓,輸出電流,開閉環(huán),壓力值等。上位機(jī)顯示屏操作簡單明了，觀察方便。
（2）變頻器運(yùn)行穩(wěn)定,性能良好。
風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器投入運(yùn)行以來,運(yùn)行穩(wěn)定,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平滑可靠,電壓和電流正常,沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。
（3）減輕了值班人員的勞動強(qiáng)度。
由于變頻器具有閥門聯(lián)動功能,隨著供水水量的變化, 值班人員在值班時通過微機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作,不再需要頻繁地開停大小泵及閥門,工作量大大減小。
（4）恒壓控制。
采用壓力恒壓控制,用戶只需根據(jù)實際供水需要設(shè)定所需壓力，變頻器自動恒壓運(yùn)行，壓力設(shè)定方便，精確穩(wěn)定，保證管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供水質(zhì)量。
（5）降低了維護(hù)費(fèi)用。
由于變頻器對電機(jī)實現(xiàn)軟啟動，啟動電流小，對水泵機(jī)組沒有任何機(jī)械沖擊，相應(yīng)地延長了水泵、電機(jī)及閥門的使用壽命，大大降低了維護(hù)工作量和維護(hù)成本。
（6）節(jié)電效果明顯。
在勝利油田供水公司耿井水廠，目前采用多臺水泵并聯(lián)供水方式，水廠供水量采用閥門開度大小的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，水廠改造前一般采用二到三臺水泵工頻并網(wǎng)向市區(qū)供水。用這種供水方式運(yùn)行的2005年8月，千噸水耗電指標(biāo)為140.6度，采用了變頻器改造后，2005年10月，千噸水耗電指標(biāo)為124.3度，綜合電耗指標(biāo)下降了11%左右。經(jīng)過測算，不到兩年即可收回成本。
7．結(jié)束語
總之，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-550F高壓大功率變頻器在勝利油田供水公司耿井水廠的水泵調(diào)速改造中應(yīng)用是成功的，它不僅滿足了供水流量調(diào)節(jié)的需要，降低了供水成本,提高了供水水平,而且性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，可以在類似的應(yīng)用場合全面推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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（轉(zhuǎn)載）
