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不銹鋼無塔供水設(shè)備在生活泵節(jié)能改造上的應(yīng)用

      摘 要 ：本文剖析了新一代高壓變頻器的原理和技能特色，以及在國電自來水廠無負(fù)壓變頻泵運(yùn)能改造的節(jié)能狀況。 

導(dǎo)言

      選用新式高壓大功率電力電子器材、直接“高-高”方法的高壓變頻器，具有體積小、功率高、布局簡略、作業(yè)牢靠等特色。變頻設(shè)備選用不可控24脈沖移相整流和全控器材進(jìn)行開關(guān)調(diào)制，具有很高的輸入側(cè)功率因數(shù)、較好的調(diào)速功能和轉(zhuǎn)矩操控功能。高壓變頻器通過改動電動機(jī)作業(yè)頻率，在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行高功率的轉(zhuǎn)速調(diào)理，能夠獲得很好的節(jié)電作用，在風(fēng)機(jī)和水泵的節(jié)能改造上現(xiàn)已得到廣泛驗(yàn)證。

      國電自來水廠發(fā)電廠3、4號機(jī)為210MW火電機(jī)組，和 3、4號機(jī)組配備有6臺6kV/570kW無負(fù)壓變頻泵電機(jī)，電機(jī)類型JS512-8，額外電流69A，額外轉(zhuǎn)速730r/min。其間，6#無負(fù)壓變頻泵是二級泵，和5#無負(fù)壓變頻泵合作運(yùn)用。在裝置變頻器之前，6#無負(fù)壓變頻泵是依據(jù)前池液面的高度決議啟、停電機(jī)。

      這樣就存在兩方面疑問:一方面為了習(xí)慣生產(chǎn)技能需求，需求每天依據(jù)前池液位和沖灰管的需求不斷切換、啟停電機(jī)，前池液位高度得不到很好操控，而且頻頻工頻發(fā)動電機(jī)對電機(jī)形成很大沖擊; 另一方面存在節(jié)省丟失，形成電能的糟蹋。為了進(jìn)一步優(yōu)化無負(fù)壓變頻泵作業(yè)工況，節(jié)省電能，所以對6#無負(fù)壓變頻泵電機(jī)進(jìn)行高壓運(yùn)能改造。 6#無負(fù)壓變頻泵電機(jī)在高壓變頻器改造之后，通過調(diào)整6#無負(fù)壓變頻泵變頻器的作業(yè)頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速）來調(diào)整前池液面的高度，這樣5#無負(fù)壓變頻泵能夠一直在較合適功率下工頻作業(yè)，然后減少了操作6#無負(fù)壓變頻泵開關(guān)的分合次數(shù)，減小了電機(jī)工頻發(fā)動形成的沖擊，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)技能，而且節(jié)省了電能。 

2 不銹鋼無塔供水設(shè)備作業(yè)技能和運(yùn)能改造技能計(jì)劃 2.1 6#不銹鋼無塔供水設(shè)備作業(yè)狀況及運(yùn)能改造技能計(jì)劃

（1）在不銹鋼無塔供水設(shè)備作業(yè)現(xiàn)場，變頻器到電機(jī)之間的高壓電纜常常發(fā)作單相對地放電或單相直接接地的狀況。在這種狀況下，要確保不能損壞變頻器，而且變頻器要能宣布報(bào)警停機(jī)信號以便現(xiàn)場人員及時(shí)處置。因而，需求變頻器輸出能接受單相接地的才能，相應(yīng)變頻器的輸出濾波器電容中性點(diǎn)不能直接接地，而是需求通過電容接地。

（2） 由于6#不銹鋼無塔供水歸于二級泵，所以在發(fā)動6#無負(fù)壓變頻泵變頻器作業(yè)之前，5#一級無負(fù)壓變頻泵一般現(xiàn)已在作業(yè)，將會推進(jìn)6#無負(fù)壓變頻泵電機(jī)作業(yè)，變頻器相當(dāng)于飛車發(fā)動。所以變頻器發(fā)動時(shí)需實(shí)時(shí)檢測電機(jī)作業(yè)頻率，依據(jù)該作業(yè)頻率股動電機(jī)發(fā)動。

（3） 6#不銹鋼無塔供水作業(yè)需求能對前池液位高度閉環(huán)操控，主動調(diào)理電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（4） 由于不銹鋼無塔供水作業(yè)時(shí)，在前池液位很低的時(shí)分有能夠形成負(fù)荷過大乃至堵轉(zhuǎn)的狀況，因而需求變頻器有過載才能以及過流維護(hù)措施。歸納上述要素，從目前國內(nèi)、外首要的兩種高壓變頻器拓?fù)洳季种?，挑選依據(jù)IGCT的三電平中性點(diǎn)箝位的拓?fù)洳季帧Ｈ娖酵負(fù)洳季志哂幸韵麻L處:開關(guān)功率器材數(shù)少、IGCT開關(guān)電流大、過流才能強(qiáng)、布局簡略、牢靠性高、適宜負(fù)載沖擊較大的運(yùn)用場合。

      在操控方面，無負(fù)壓變頻泵前池液位設(shè)置壓力式水位傳感器，將丈量得到水位高度信號，變換為4～20mA規(guī)范信號，由電流環(huán)接口送給變頻器; 變頻器計(jì)算出當(dāng)時(shí)水位與操控水位之間的誤差，通過變頻器內(nèi)置的數(shù)字PID調(diào)理器改動變頻器的輸出頻率，調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而操控?zé)o負(fù)壓變頻泵前池液位的高度。           2.2 三電平中點(diǎn)箝位電路原理布局圖依據(jù)IGCT的三電平中性點(diǎn)箝位的高壓變頻器布局簡略，主體由整流器、逆變器和濾波器組成。如圖1所示，整流器選用24脈沖不控整流，由移相15°的24脈波移相整流變壓器和四重三相整流橋構(gòu)成，這樣能夠滿意對輸入端的電流諧波需求。直流環(huán)節(jié)由共模電抗、IGCT維護(hù)及充電限流電阻和直流電容（C1、C2）構(gòu)成。 圖1 三電平中點(diǎn)箝位變頻設(shè)備電路原理布局圖 三電平逆變器由di/dt吸收電路（由陽極電抗及嵌位電路組成）和12個IGCT組件構(gòu)成的三電平逆變橋組成。三電平布局的變頻器需求拖動6kV電機(jī)，所以變頻器直流母線電壓需求10kV。實(shí)踐作業(yè)時(shí)，兩個處于關(guān)斷狀況的功率組件需求接受10kV的電壓，這樣每個組件要接受5kV。在主開關(guān)功率器材IGCT作業(yè)耐壓只要4.5kV的條件下，需求選用兩只串聯(lián)的方法組成一個功率組件。變頻器內(nèi)置輸出濾波器由三相濾波電抗（La、Lb、Lc）和三相濾波電容（Ca、Cb、Cc、Cn）構(gòu)成。濾波器使變頻器輸出到電機(jī)的電壓和電流波形愈加挨近正弦波，而不需求電動機(jī)降容運(yùn)用。 變頻設(shè)備內(nèi)部選用無熔斷器布局，電路的主維護(hù)首要由維護(hù)IGCT來完成，其舉措時(shí)刻在μs級。 

      2.3 新一代高壓變頻器操控體系的改善我公司第，一代變頻器選用工控機(jī)進(jìn)行信號處置，操控的實(shí)時(shí)性得不到確保。由于變頻器要選用優(yōu)化的PWM操控算法操控電機(jī)，需求主控體系操控器具有更高的作業(yè)速度和處置才能、更大的存儲器和外部信號處置端口、具有浮點(diǎn)運(yùn)算的才能。因而，新一代的變頻器操控器選用浮點(diǎn)數(shù)字信號處置器DSP和大規(guī)模集成電路的 FPGA相結(jié)合的計(jì)劃，DSP首要擔(dān)任收集的信息和運(yùn)算處置，F(xiàn)PGA依據(jù)處置結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的操控脈沖，操控實(shí)時(shí)性大大進(jìn)步。圖2是新一代高壓變頻器主控板的硬件框圖，它與第，一代操控器比較，更能習(xí)慣高功能的矢量操控算法的需求。 圖2 新一代高壓變頻器主控體系硬件框圖 

3 II期6#無負(fù)壓變頻泵高壓變頻器現(xiàn)場調(diào)試作業(yè)和節(jié)能剖析 

      3.1 變頻器體系的操控調(diào)試無負(fù)壓變頻泵的流量是依據(jù)機(jī)組的負(fù)荷巨細(xì)和沖灰技能需求操控的，水流量的改變較大，有時(shí)呈階梯狀特性，水位動搖比較大。水位壓力式傳感器需求挑選適宜的丈量點(diǎn)，否則會由于水池內(nèi)水流要素和水面動搖導(dǎo)致丈量的不安穩(wěn)性。通過現(xiàn)場測驗(yàn)，挑選了水流改變不大的靠池壁方位。通過調(diào)試，建立了一個適宜的模型和PID操控參數(shù)，通過閉環(huán)盯梢水位改變，安穩(wěn)操控前池液面的高度，優(yōu)化了生產(chǎn)技能。別的，變頻器還能夠挑選作業(yè)在開環(huán)狀況，通過電廠DCS信號操控變頻器的輸出頻率。 

      3.2 變頻器節(jié)能剖析 II期6#無負(fù)壓變頻泵進(jìn)行運(yùn)能改造的一個重要原因是節(jié)省電能。電機(jī)變頻作業(yè)節(jié)能的原理在許多材料均有論說，這里不做評論。表1～2是通過II期6#無負(fù)壓變頻泵的工頻旁路作業(yè)和變頻作業(yè)的實(shí)踐數(shù)據(jù)來闡明變頻的節(jié)能作用。 依據(jù)以上數(shù)據(jù)，選用變頻作業(yè)后，24h可節(jié)省電量9380-6360=3020kWh。選用變頻器后節(jié)能32%。由以上實(shí)踐作業(yè)數(shù)據(jù)能夠看出:電機(jī)變頻作業(yè)不只滿意了技能需求，一起能節(jié)省很多電能。通過幾個月的接連作業(yè)，II期6#無負(fù)壓變頻泵的運(yùn)能改造后，節(jié)能作用顯著。不銹鋼無塔供水歸于火電機(jī)組的共用設(shè)備，年作業(yè)時(shí)刻長，能夠?yàn)殡姀S節(jié)省15～30%左右的動力。 

4 結(jié)束語

      自來水廠II期無負(fù)壓變頻泵通過運(yùn)能改造后，優(yōu)化了不銹鋼無塔供水的作業(yè)狀況和生產(chǎn)技能，非常好地安穩(wěn)了前池液位的高度，完成了閉環(huán)主動操控，一起節(jié)省了很多電能，節(jié)能作用顯著。高壓變頻器的操控體系和操控技能發(fā)展很快，對電機(jī)非常好功能的操控需求功能更高的主控體系渠道。盡管新一代操控體系的高壓變頻器首要運(yùn)用到風(fēng)機(jī)、水泵的變頻驅(qū)動上，但它比曾經(jīng)更牢靠、更能進(jìn)步高壓變頻器的操控功能。