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净水厂水泵机组变频调速设计运行总结

www.cechina.cn2009.04.10阅读 5708

  一、前言
  高压变频器的产业化在80年代中期才开始形成,但随着大功率电力电子器件的迅速发展和巨大的市场推动力,高压变频器十多年来的发展非常迅速,使用器件已经从SCR、GTR、GTO发展到IGBT、IECT、IGCT(SGCT)等,功率范围从几百千瓦到几十兆瓦,技术已经成熟,可靠性得到保证,应用越来越广。国内外生产高压变频器的厂家很多,如西门子公司、ABB公司、依林公司、日本的日立公司、国内的利德华福公司等均生产高压变频器。
  从1984年开始,在沈阳市、哈尔滨市、大连市、鞍山市等城市的供水工程中不同时期先后选用了不同型号,一次侧为10kV的变频调速装置。其中哈尔滨第三净水厂用的是奥地利ELEN公司的设备(奥地利政府贷款)鞍山市三家净水厂用的是德国西门子公司80年代末的设备(日元贷款)。大连沙河第二净水厂用的是德国西门子公司1998年以后推出的最新的SIMOVERT(日元贷款)。吉林市第二净水厂及第三净水厂分别于2002年、2004年选用了和美国罗宾康技术等同的利德华福公司的10kV变频调速设备。吉林市第三净水厂产品新颖、运行可靠、技术先进、节能优点显著。另外,以前我们对西门子公司不同时期的产品介绍很多www.cechina.cn,2005年美国罗宾康公司被西门子公司收购,所以本文重点介绍吉林市第三净水厂水泵机组的变频调速,其很具有代表性,而且实际意义也很大。
  吉林市自来水集团有限公司在考察对比了国内外多家高压变频器生产厂家后控制工程网版权所有,决定选用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A系列高压变频器。2002年先在二水厂选用一台,两年来运行效果很好,2004年决定在三水厂再选用两台。HARSVERT-A系列高压变频器技术先进,可靠性高,输出电压波形好,并且已在电力、冶金、石化、市政供水、水泥等多个领域成功应用,得到了用户的普遍认可和市场的长久考验。
  二、工程概况
  吉林市于1998年建成二水厂(净水厂),于2004年建成三水厂(净水厂及原水给水厂),二水厂与法国得利满公司合作,V型滤池计算机系统由设计院和法国得利满联合设计。V型滤池用的设备(阀门、仪表、控制台)材料,送水泵房的水泵,高压10kV电机,中控室计算机系统及模拟屏、投影设备均由法国得利满公司供货。几年来,通过与外方合作,去国内外水厂考察调研,学习到了国内外水厂的长处,积累了丰富的经验,尤其是时间已进入了二十一世纪,在设计三水厂时,必须以“高起点、上水平、创特色”为宗旨,厚积薄发,开拓创新控制工程网版权所有,要设计、建设最好的水厂,让市民满意的水厂。
  三、节能原理
  同中国其他城市一样,吉林市城市用水量是不均匀的,这是由于气候和人们生活以及生产规律所决定的。由于流量的变化从而影响到管网水头损失的变化,尤其是地势平坦的市区CONTROL ENGINEERING China版权所有,在几何扬程很小的情况下,送水泵站出口所需压力随流量的变化更为显著。
  水泵站的装机是按最不利条件下、最大时流量和所需相应扬程决定的。而实际上每天内只有很短时间能达到最大时流量,大多数时间里,水泵站都处在小流量下工作。为了适应流量的变化,许多泵站在运行中采取关小出口闸门的办法来控制流量,从而造成出口闸门前后的压力差值(少则多米,多则几十米)就白白地浪费于闸门阻力上(如图1)。

用水泵出口闸门调节水泵运行情况


  当水泵台数足够多时,是可以很好地适应水量变化的,但是水泵型号是有限的,装机台数过多控制工程网版权所有,不仅管理不便,而且会无谓地增大建筑面积,提高工程造价,即使这样,也无法做到完全适应水量变化,还需要用闸门来调节水量(如图2)。

调节水泵台数和出口闸门适应流量变化


  很多水厂切削水泵叶轮适应工作点需要,因水泵工作点不连续照样有能量损失。
  为此,采用水泵机组无级调速技术,可连续地改变水泵转数,来变更水泵工况,使其流量与扬程适应于管网用水量的变化,才能提高机组效率,维持管网压力恒定,达到节能的效果。节能原理如图3所示。AB为全速泵特性曲线,AnBn为调速泵特性曲线,CBnB为管路特性曲线,CO为几何扬程(含地形差和自由水头),当用水量从Qmax减少到Qmin的过程中,全速泵的扬程将沿BA曲线上升,而管网所需扬程将沿BBn曲线下降,这两条曲线纵坐标的差值就意味着全速泵扬程的浪费。应用水泵调速技术时,当用水量从Qmax变动到Qmin的过程中,水泵转数随流量从额定位n降到n1n2n3……nn,水泵的Q—H特性曲线AB也相应变化为A1B1,A2B2,A3B3……AnBn。而这组平行的特性曲线AB—AnBn与管路特性曲线CB的交点轨迹BBn正在管路特性曲线上。这样就可使水泵工作点沿管路特性曲线滑动,使扬程处能与系统阻力相适应,做到没有多余压力的损失,且能保持管网压力恒定,根据水泵轴功率的计算公式,明显收到节能效果。

水泵机组无极调速适应流量变化
利用出口压力控制水泵转速


  为实现水泵机组随用水量变化而自动调速,最直接的办法是在管网最不利点处设远传压力计,并设定压力值。微机系统输入的压力信号按存放的程序改变水泵转

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