高压变频调速技术在供水泵站中的应用

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1、高压变频调速技术在供水泵站中的应用　　某供水泵站于1999年建成。现泵房内安装4台6kV卧式离心水泵电动机组，单机容量1250kW，工程供水规模310m3/s。正常情况下，系统设计投入3台机组，1台备用，由定速电动机驱动。水泵站装机按最不利条件下、最大时流量和所需相应扬程决定。泵站供水对象用水量不均匀，实际上每天只有很短时间能达到最大流量，大多数时间里，水泵站都处在小流量下工作。流量变化影响管网水头损失变化，尤其是地势平坦地区，在几何扬程很小的情况下，送水泵站出口所需压力随流量变化更显著。为适应流量变化，泵站运行中多采取关小出口阀门控制流量。由此产生

2、以下问题：　　人工调节阀门开度，流量难以精确控制，系统效率低。　　当流量降低、阀位开度减小时，阀门前后压差增加，阻力增大，能耗增加。　　阀门长期处于40%～70%开度运行，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。　　阀门调节不当增加了管网水锤压力，降低了工作安全特性。过高的管网压力威胁设备的密封性能，造成管网、阀门泄漏。　　水泵及阀门系统的使用寿命变短，日常维护量大，维修成本较高。　　吸水池高水位、调节池低水位时，两台泵并联运行，管道出现互激水力振动现象。　　为解决以上问题，将3#机改为变频调速运行，利用高压变频器对水泵电动机进行变频控制，实现供水流

3、量的变负荷调节，达到恒压供水目标。不仅解决了阀门调节线性度差的问题，还提高了系统运行的可靠性；更重要的是减小了因调节阀门孔口变化造成的压力损失，减轻了阀门磨损，降低了系统对管路密封性能的破坏，延长了设备使用寿命，减少了维护量，改善了系统的经济性，节约了能源，为降低厂用电率提供了良好的途径。　　根据泵与风机学的相似定律，水泵系统采用变频调节时，直接通过改变水泵电机频率改变电动机转速，以满足不同运行工况的需求。此时电机消耗的能量已与电机转速立方的关系下降，变频调速节电效果从原理上分析非常显著。　　变频系统运行时，泵站出口压力维持不变。给定出口压力为Hg。

4、当流量Q变动时，因转速变化导致扬程特性H1～Q上下移动，泵工作点在H=Hg线上作水平移动。通过特性曲线可以清楚地看出水泵消耗轴功率的变化，即采用变频调速保证压力恒定与流量需求。原设计单台运行时，H=Hg=60m，Q=Qg=3960m3/h。结合本项目改造水泵特性实际运行频率设定在38Hz，根据公式，水泵流量和电机转速成正比，可计算出不同转速下的流量：Q=Qa=3960m3/h，na=998rpm，N轴=743kW；Q=Qb=3564m3/h，nb=898rpm，N轴=540kW；Q=Qc=3166m3/h，nc=798rpm，N轴=380kW；Q=Q

5、d=3000m3/h，nd=758rpm，N轴=326kW。　　经综合考虑，水泵高压变频系统采用恒压供水方式，测量元件采用压力传感器，装设在水泵机组出水口处，供水压力V作为输出量，Vi为恒定供水压力设定值，整个系统构成闭环控制方式。高压变频器内部内嵌式可编程控制器采集供水压力值V与给定值Vi进行比较，通过PID调整，将调整结果转换为频率调节信号传送至变频器，直至达到供水压力给定值Vi。不管系统供水流量如何变化，供水压力值V始终维持在给定压力值Vi附近。　　高压变频器根据偏差相应调节系统PID参数。当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着偏差逐步接

6、近，跟踪幅度逐渐减小，接近相等时，系统将达到一个动态平衡，供水系统将达到恒压运行稳定状态。　　技术参数配置4台相同离心水泵，水泵型号28SH—12，额定流量/s，额定扬程60m，额定功率743kW；电动机型号YRKK630—6，额定电压6kV，额定功率1250kW，额定电流145A，转速998r/min，功率因数0184。高压变频器型号HINV—06/1570B，额定容量1570kVA，额定电流150A，额定电压6kV，输出频率0～50Hz，加减速时间0～3200s，过载能力125%/min，具过压保护、欠压保护、过电流保护等功能。　　技术方案　　考

7、虑高压变频设备利用率最大化与远期变频应用等，将变频系统方案配置为“一拖二”，一套变频系统拖动一台电机变频运行，另一台可工频运行，即一台水泵由变频器拖动，另外一台水泵由6kV高压电源直接驱动。远期计划中，将拖动对象中的负载改为不同母管下的水泵，以适应供水负荷的变化。　　变频系统方案说明：M1变频运行时，断开QS3、QS6、QF2，闭合QS2、QS5、QF1；M2变频运行时，断开QS2、QS5、QF1，闭合QS3、QS6、QF2；M1/M2工频运行时，断开QS2、QS3、QS5、QS6，闭合QS1/QS4。　　6/10kV电源经用户输入真空开关QF1，通

8、过变频装置进线刀闸QS2到高压变频调速装置，变频装置输出经出线刀闸QS5送至电动机M1；经用户输入真空开关Q