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自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造探究

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關(guān)鍵詞: 變頻器節(jié)能,節(jié)能改造,水泵節(jié)能

      根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示:我國70%以上的發(fā)電總量都損耗在電動(dòng)機(jī)上,水泵、風(fēng)機(jī)占整個(gè)消耗總量的40%。通過電機(jī)變頻能代替原有流量調(diào)節(jié),平均每個(gè)小時(shí)可以節(jié)約300到400億千瓦。在自來水廠中,變頻器主要用來泵房取水、送水,除了節(jié)電,它還可以調(diào)整平滑取水的流量以及送水壓力,進(jìn)而滿足供水工藝與制水要求。

      一、自來水廠水泵變頻節(jié)能原理

      在大多數(shù)改建、新建的自動(dòng)化水廠泵房中,都配備了變頻器,在改善工藝的同時(shí),進(jìn)一步降低能耗。在這過程中,變頻器控制方式與PLC、手動(dòng)運(yùn)行模式基本上一致,通過控制箱就能現(xiàn)場切換。在水廠泵房送水中,通過PLC自控系統(tǒng)以及PID調(diào)節(jié),不僅能讓變頻器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速,還能保障恒壓供水,即使在無人值守的泵房,也能進(jìn)一步提高水廠生產(chǎn)效率與安全性。在變頻器取水中,通過PID以及PLC調(diào)節(jié),不僅能讓變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速,還能讓清水始終處于穩(wěn)定的狀態(tài),在無人值守的泵房中,進(jìn)行優(yōu)質(zhì)、高效的供水。在自動(dòng)化水泵房控制設(shè)計(jì)中,通常由清水位控制送水泵房壓力控制和變頻器頻率,通過改變送水泵房變頻器工作狀態(tài),影響水壓力,它清水池時(shí)間滯后影響尤為突出,同時(shí)還會(huì)絮凝池、平流池、濾池水流量對水位的影響也很大。因此,用清水池水位對水泵房機(jī)組節(jié)能的方法對節(jié)能改造沒有太理想的效果。負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的平方以正比例關(guān)系呈現(xiàn)是水泵的主要特點(diǎn),同時(shí),軸功率和轉(zhuǎn)速的立方額成正比例關(guān)系。Q:Qo=n:no,H:Ho=(n:no)2,P:Po=(n:no)3,其中no為額定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速,n是運(yùn)行轉(zhuǎn)速,Ho是no的揚(yáng)程,Qo是no的流量,H是n的揚(yáng)程,Po是no的功率,同時(shí)P也是n的功率。對于現(xiàn)實(shí)中的泵負(fù)載,有一個(gè)和高低差具有實(shí)際聯(lián)系的揚(yáng)程,在變頻運(yùn)行或者調(diào)速中必須特別注意。

      在實(shí)際工作中,運(yùn)行點(diǎn)一般由管路對曲線進(jìn)行阻擋,H到Q之間的交點(diǎn)對其也有重要作用。如:80%以上的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)不會(huì)在C區(qū)域,而在D區(qū)域。同時(shí),軸功率必須考慮相似的問題,也就是說工作點(diǎn)不能和立方曲線直接交叉。也就是說,在相同的轉(zhuǎn)速下,揚(yáng)程越大,流量降低的比例就會(huì)越大,當(dāng)轉(zhuǎn)速范圍縮小到一定范圍時(shí),節(jié)能效果也會(huì)隨之降低。

      在轉(zhuǎn)速節(jié)能效果控制與閥門控制中,如果自來水廠流量從1.0轉(zhuǎn)換成0.5,在閥門控制中,利用關(guān)小閥門讓相關(guān)曲線的阻抗由R1變成R2,此時(shí)的工作點(diǎn)也會(huì)從原來的A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn);如果使用的是轉(zhuǎn)速控制,在同一阻抗曲線中,R1就會(huì)從A點(diǎn)直接移動(dòng)到B點(diǎn)。在P到Q軸功率特性曲線不變的情況下,100%的閥門轉(zhuǎn)速就會(huì)直接從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn);在轉(zhuǎn)速控制中,它會(huì)在實(shí)際揚(yáng)程的控制功率上,從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn),和閥門控制結(jié)果相比,它能得到相當(dāng)于BD一樣的節(jié)電。如果使用的是變頻調(diào)速,由于實(shí)際揚(yáng)程相對較小,所以軸功率會(huì)越來越接近曲線立方關(guān)系,此時(shí)調(diào)速產(chǎn)生的節(jié)能效果就會(huì)更大。

      對于自來水廠的水泵,由于需要隨時(shí)向供水系統(tǒng)補(bǔ)水,所以在不同的時(shí)段區(qū)域以及不同的季節(jié),用水量存在很大不同,需要補(bǔ)充的系統(tǒng)和流量壓力也存在很大差異。傳統(tǒng)的節(jié)能方法是,調(diào)節(jié)揚(yáng)程壓力與節(jié)水流量,不僅浪費(fèi)資源,流程也相當(dāng)麻煩,需要較高的成本,同時(shí)還會(huì)造成大量的機(jī)械損耗。

      根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示:我國70%以上的發(fā)電總量都損耗在電動(dòng)機(jī)上,水泵、風(fēng)機(jī)占整個(gè)消耗總量的40%。通過電機(jī)變頻能代替原有流量調(diào)節(jié),平均每個(gè)小時(shí)可以節(jié)約300到400億千瓦。在自來水廠中,變頻器主要用來泵房取水、送水,除了節(jié)電,它還可以調(diào)整平滑取水的流量以及送水壓力,進(jìn)而滿足供水工藝與制水要求。

      一、自來水廠水泵變頻節(jié)能原理

      在大多數(shù)改建、新建的自動(dòng)化水廠泵房中,都配備了變頻器,在改善工藝的同時(shí),進(jìn)一步降低能耗。在這過程中,變頻器控制方式與PLC、手動(dòng)運(yùn)行模式基本上一致,通過控制箱就能現(xiàn)場切換。在水廠泵房送水中,通過PLC自控系統(tǒng)以及PID調(diào)節(jié),不僅能讓變頻器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速,還能保障恒壓供水,即使在無人值守的泵房,也能進(jìn)一步提高水廠生產(chǎn)效率與安全性。在變頻器取水中,通過PID以及PLC調(diào)節(jié),不僅能讓變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速,還能讓清水始終處于穩(wěn)定的狀態(tài),在無人值守的泵房中,進(jìn)行優(yōu)質(zhì)、高效的供水。在自動(dòng)化水泵房控制設(shè)計(jì)中,通常由清水位控制送水泵房壓力控制和變頻器頻率,通過改變送水泵房變頻器工作狀態(tài),影響水壓力,它清水池時(shí)間滯后影響尤為突出,同時(shí)還會(huì)絮凝池、平流池、濾池水流量對水位的影響也很大。因此,用清水池水位對水泵房機(jī)組節(jié)能的方法對節(jié)能改造沒有太理想的效果。負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的平方以正比例關(guān)系呈現(xiàn)是水泵的主要特點(diǎn),同時(shí),軸功率和轉(zhuǎn)速的立方額成正比例關(guān)系。Q:Qo=n:no,H:Ho=(n:no)2,P:Po=(n:no)3,其中no為額定基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速,n是運(yùn)行轉(zhuǎn)速,Ho是no的揚(yáng)程,Qo是no的流量,H是n的揚(yáng)程,Po是no的功率,同時(shí)P也是n的功率。對于現(xiàn)實(shí)中的泵負(fù)載,有一個(gè)和高低差具有實(shí)際聯(lián)系的揚(yáng)程,在變頻運(yùn)行或者調(diào)速中必須特別注意。

      在實(shí)際工作中,運(yùn)行點(diǎn)一般由管路對曲線進(jìn)行阻擋,H到Q之間的交點(diǎn)對其也有重要作用。如:80%以上的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)不會(huì)在C區(qū)域,而在D區(qū)域。同時(shí),軸功率必須考慮相似的問題,也就是說工作點(diǎn)不能和立方曲線直接交叉。也就是說,在相同的轉(zhuǎn)速下,揚(yáng)程越大,流量降低的比例就會(huì)越大,當(dāng)轉(zhuǎn)速范圍縮小到一定范圍時(shí),節(jié)能效果也會(huì)隨之降低。

      在轉(zhuǎn)速節(jié)能效果控制與閥門控制中,如果自來水廠流量從1.0轉(zhuǎn)換成0.5,在閥門控制中,利用關(guān)小閥門讓相關(guān)曲線的阻抗由R1變成R2,此時(shí)的工作點(diǎn)也會(huì)從原來的A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn);如果使用的是轉(zhuǎn)速控制,在同一阻抗曲線中,R1就會(huì)從A點(diǎn)直接移動(dòng)到B點(diǎn)。在P到Q軸功率特性曲線不變的情況下,100%的閥門轉(zhuǎn)速就會(huì)直接從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn);在轉(zhuǎn)速控制中,它會(huì)在實(shí)際揚(yáng)程的控制功率上,從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn),和閥門控制結(jié)果相比,它能得到相當(dāng)于BD一樣的節(jié)電。如果使用的是變頻調(diào)速,由于實(shí)際揚(yáng)程相對較小,所以軸功率會(huì)越來越接近曲線立方關(guān)系,此時(shí)調(diào)速產(chǎn)生的節(jié)能效果就會(huì)更大。

      對于自來水廠的水泵,由于需要隨時(shí)向供水系統(tǒng)補(bǔ)水,所以在不同的時(shí)段區(qū)域以及不同的季節(jié),用水量存在很大不同,需要補(bǔ)充的系統(tǒng)和流量壓力也存在很大差異。傳統(tǒng)的節(jié)能方法是,調(diào)節(jié)揚(yáng)程壓力與節(jié)水流量,不僅浪費(fèi)資源,流程也相當(dāng)麻煩,需要較高的成本,同時(shí)還會(huì)造成大量的機(jī)械損耗。

      二、自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造的工藝要求

      在自來水廠水泵變頻器節(jié)能改造中,變頻器一般使用遠(yuǎn)程控制與本地控制相結(jié)合的方式進(jìn)行。其中遠(yuǎn)程控制又包括壓力負(fù)反饋和頻率控制,一般頻率調(diào)節(jié)都在0到50HZ之間。而直接頻率控制和壓力負(fù)反饋遠(yuǎn)程控制都有PLC進(jìn)行選擇,在運(yùn)行過程中,也可以根據(jù)變頻器具體的控制方式選擇。本地控制是對面板進(jìn)行的控制,控制方式調(diào)整成LOCAL;在頻率調(diào)節(jié)時(shí),通過手動(dòng)頻率控制,進(jìn)而保障出廠壓力與流量。在對自來水廠變頻器改造中,為了保障改造質(zhì)量,必須根據(jù)節(jié)能目標(biāo)滿足基本的節(jié)能要求,在這過程中,價(jià)格合理尤為重要;其次是水泵必須達(dá)到高強(qiáng)度的連續(xù)、可靠運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)而保障系統(tǒng)由工頻到變頻,以及由變頻到工頻之間的轉(zhuǎn)換,一旦出現(xiàn)瞬時(shí)停電現(xiàn)象,通過自動(dòng)再啟動(dòng)的系統(tǒng)就能正常運(yùn)行。

      在某自來水廠水泵變頻器中,該系統(tǒng)擁有三臺(tái)水泵,并且每臺(tái)電機(jī)容量都能達(dá)到75KW,一臺(tái)作為備用,另外兩臺(tái)正常工作。具體情況如下:在三臺(tái)水泵中,對其分別進(jìn)行定速和調(diào)速運(yùn)行,并且變頻器智能作為一臺(tái)電機(jī)的電源。所以每臺(tái)電機(jī)的停止、啟動(dòng)都會(huì)相互相應(yīng),通過這種邏輯性電路控制,不僅可以保障電路切換,還能達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

      在外部接線以及變頻器選型中,一般選用風(fēng)機(jī)、水泵類專用的變頻器,用PLC進(jìn)行控制。在變頻器接線中,水泵運(yùn)行中的管壓會(huì)直接影響水泵運(yùn)行狀況。如果管壓高于0.8時(shí),定速、變速、備用各一臺(tái);當(dāng)管壓低于0.64時(shí),兩臺(tái)備用,一臺(tái)變速或者定速;當(dāng)管壓低于0.52時(shí),兩臺(tái)備用,一臺(tái)作為變速。這三種情況都是根據(jù)管道流量以及壓力傳感器信號(hào),通過函數(shù)發(fā)生器將其演變成控制信號(hào),進(jìn)而啟動(dòng)閥門與電動(dòng)機(jī)。對于運(yùn)行狀態(tài)的電機(jī),壓力信號(hào)一般由三種不同的速度進(jìn)行切換。

      在變頻器接線中,電機(jī)轉(zhuǎn)向和電源相序連接沒有直接關(guān)系,一般根據(jù)電機(jī)連接的方式達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)向。在這過程中,需要注意的是:電機(jī)端和電源端絕對不能反接,否則就會(huì)損壞變頻器。對于電源開關(guān)、KM1接觸器、QF容量則根據(jù)自來水廠水泵變頻器具體要求選擇。通過在變頻器上安裝功率表、電壓表、功率因素表、電流表等模擬類電表,對電機(jī)進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)控;對于CM、FWD、C1V1等繼電器連接,通常使用靈敏度很高的微型雙觸點(diǎn)繼電器。在頻率設(shè)置中,可以根據(jù)流量、壓力對其進(jìn)行手動(dòng)切換,為了轉(zhuǎn)換功率因素,必須安裝DK線圈,設(shè)置報(bào)警電路,一旦出現(xiàn)故障,通過聲光就能達(dá)到報(bào)警效果。

      結(jié)束語

      從自來水廠水泵變頻器自身特征來看,它具有很多優(yōu)點(diǎn),對安全生產(chǎn)具有重要作用。因此,在實(shí)際工作中,必須根據(jù)相關(guān)要求,從各方面避免水泵壓力突破,在保障水壓穩(wěn)定的同時(shí),保障水廠安全生產(chǎn)以及節(jié)能降耗等具體要求。

    (審核編輯: 小王子)

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