工控網(wǎng)首頁
>

應(yīng)用設(shè)計

>

【其它行業(yè)】IDrive系列在市政行業(yè)的應(yīng)用分析

【其它行業(yè)】IDrive系列在市政行業(yè)的應(yīng)用分析

  引言:
  江蘇石獅供水公司設(shè)計有3臺供水泵組,前期為2臺(#2、#3)供水泵組工頻啟動運行(#1供水泵組進行技改),#2機組電機功率為200kw/10kv,泵組額定流量為4200m3/h,#3機組電機功率為1120kw/10kv,泵組額定流量為8200m3/h,由于全天各個時間段電價的不同及水廠用水量變化較大的因素,水廠平時要靠經(jīng)常啟停供水泵組來控制系統(tǒng)的供水,這樣會造成工頻啟動供水泵時對泵組及供水管道造成沖擊威脅,并且通過閥門的開度來調(diào)節(jié)供水量,大量電能消耗在閥門上。考慮到上述因素,供水站決定對#1供水泵組進行技改。

 

  1 變頻改造方案


  經(jīng)過考察及研究,變頻調(diào)速在節(jié)能、調(diào)速精度、調(diào)速范圍等方面具有同其它調(diào)速裝置無法比擬的優(yōu)越性,以及可以方便實現(xiàn)同自動化控制系統(tǒng)(如dcs系統(tǒng)等)的通訊,決定使用上海億思特電氣股份有限公司IDrive系列變頻裝置帶#1泵組運行。

現(xiàn)場供水機組

 

  1.1 IDrive系列高壓變頻裝置原理


  IDrive系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式,為單元串聯(lián)多電平拓撲結(jié)構(gòu),主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成,從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出,它對電網(wǎng)諧波污染小,總體諧波畸變thd小于4%,直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準,輸入功率因數(shù)高,不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置;輸出波形質(zhì)量好,不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt問題、共模電壓等問題,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機。
  變頻裝置10kv系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10kv系列有24個功率單元,每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。
  每個功率單元結(jié)構(gòu)以及電氣性能完全一致,可以互換,其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,它為基本的交-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3所示的波形。

 圖2   功率單元原理圖               圖3  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;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形,使其負載下的網(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,每個功率單元等效為一臺單相低壓變頻器。
  輸出側(cè)由每個單元的u、v輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電,通過對每個單元的PWM波形進行重組,可得到階梯正弦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延長,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。
 
  1.2設(shè)備選型
 
  引水一號機組技改配置水泵揚程45m,流量8600m3/h,配套電機1600kw/10kv,配套一臺上海億思特電氣股份有限公司1600kw/10kv高壓變頻調(diào)速系統(tǒng),變頻系統(tǒng)安裝、調(diào)試在2012年7月份完成并開始運行。
  自水站引水通水以來,管路特性不斷惡化,后采用前加氯,管道特性開始好轉(zhuǎn),但未達到設(shè)計值,選型時水泵揚程只有根據(jù)實際情況計算,水廠根據(jù)運行情況將水泵揚程設(shè)計值由50m降到45m,現(xiàn)實際運行時,額定點揚程45m,流量8600m3/h,保證了水泵在最高效區(qū)的運行。
 
  2 改造后系統(tǒng)運行情況
 
  2.1變頻試運情況  
 
  試運行時,電機在頻率24~26hz之間存在機械共振,后設(shè)置變頻跳躍頻率點,避開共振區(qū),供水泵組穩(wěn)定運行;實際調(diào)速時,水泵轉(zhuǎn)速可降到額定的40%,即198r/min穩(wěn)定運行,各種參數(shù)符合其特性曲線?!?/span>
 
  2.2變頻操作及節(jié)能情況  
 
  這次技改,通過變頻可以減少工作人員的工作量、保護管道、節(jié)省電耗,在選型及可行性論證中水站投入了比較大的精力,引水變頻的使用屬于采用調(diào)速且管路特性不變的情況,水泵運行時單泵走單管,不屬于變頻和工頻水泵并聯(lián)運行的情況,應(yīng)該算是比較簡單并且最省電的情況,但實際上,由于峰谷電價、調(diào)節(jié)池的水位調(diào)節(jié)、水廠用水量變化較大(水廠取水只可用開關(guān)水泵調(diào)節(jié))等因素,不能單純地按流量來調(diào)節(jié),需要建立一個有效的數(shù)學(xué)模型進行變頻的控制,現(xiàn)將變頻的控制做一個說明:(1)變頻的數(shù)據(jù)采集是通過變頻本身的PLC模塊實現(xiàn),PLC模塊和工控機通過RS-485卡通訊,水站通過原有控制系統(tǒng)即三菱的PLC和變頻器中的西門子的PLC進行Modbus通訊,通訊成功后信號非常穩(wěn)定。(2)變頻控制分開環(huán)和閉環(huán)控制(恒壓供水)兩種,水站的運行方式為開環(huán)運行,即在三菱的PLC內(nèi)計算數(shù)值輸送到變頻進行控制,泵站控制系統(tǒng)上位機的控制分為手動和自動兩種,手動即手動輸入頻率,自動為三菱的PLC根據(jù)調(diào)節(jié)池水位、峰谷電價.總用水量的情況計算出變頻輸出頻率以控制變頻器,自動方式受影響方式較多,為了實現(xiàn)自動控制,水站先對中控調(diào)度主機進行軟件修改,穩(wěn)定了數(shù)據(jù)傳送,并在調(diào)節(jié)池增加了水位信號。

 

PLC人機界面

 

  在信號穩(wěn)定之前,變頻控制采用手動控制,電價谷值開1、3號機,其余開1、2號機,峰值時變頻器頻率調(diào)在30hz,平值根據(jù)水位手動調(diào)節(jié),這樣整個供水系統(tǒng)可年省100萬元以上(日供30萬噸),但手動調(diào)節(jié)存在不能合理地分配平值電價時的流量及時間控制上的誤差以及對日供水量的估計不足等因素,因此,水站在日供水為27.5~31萬噸時建立一模型,和手動調(diào)節(jié)的唯一不同在平值電價時的頻率根據(jù)調(diào)節(jié)池水位及總用水量(山兜取水量+20萬噸取水量)進行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)池水位設(shè)定在3.3m,運行一星期,和手動調(diào)節(jié)相比,千噸水的耗電量由112kwh降到105kwh(日供30萬噸),以平均電價0.51元/kwh計算,日省1071元,年省38萬元,自動運行后,到晚上11:00調(diào)節(jié)池水位保持在3.28~3.38之間,達到設(shè)計理想值,若將保持水位降到3.3m以下,則省電效果更加明顯。
  在日供水流量低于27.5萬噸或大于31萬噸時,要達到最佳省電效果就要調(diào)節(jié)工頻機(2#、3#機組)的運行時間,更加復(fù)雜,現(xiàn)水廠正在努力進行計算,爭取可以拿出一個最佳的方案??梢姡⒁粋€可行有效的模型是省電的關(guān)鍵,在做好日常維護的同時,需時時根據(jù)管道參數(shù)及水泵運行參數(shù)完善運行模型,使之可以讓變頻發(fā)揮最大的作用。


  3 結(jié)束語


  高壓變頻裝置其節(jié)能效果明顯,采用高壓變頻調(diào)速后,實現(xiàn)了電機的軟啟動,延長了電機的壽命,減少了對引水管路的沖擊,引水管路擋板全開,也減少了引水管道的震動和磨擦??傊?,希望以上海億思特電氣股份有限公司為代表生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能以其可靠的運行性能及良好的節(jié)能效果為石獅供水站及其他廣大用戶創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

投訴建議

提交

查看更多評論
其他資訊

查看更多

億思特電氣推出新產(chǎn)品第二代高壓變頻器IDrive2000系列

【其它行業(yè)】 IDrive系列在平山水源泵站的應(yīng)用

【煤炭行業(yè)】 IDrive系列在煤炭主通風機上的應(yīng)用

IDrive系列在煤礦行業(yè)的應(yīng)用分析

【化工行業(yè)】 高壓變頻器在脫硫循環(huán)水泵工藝中的應(yīng)用