高压变频器在铜陵首创水务有限责任公司

三水厂净化站1#泵的应用

铜陵市供水总公司前身为1962年设立的铜陵自来水厂,1997年更名为铜陵市供水总公司,系经铜陵市人民政府批准成立的国有企业,公司主要生产经营范围为自来水生产、供应、自来水管道安装,维修,劳务服务,水暖器材销售。公司现有三座水厂,供水能力19万立方米/日,服务人口约40万人。日供水规模10万立方米的三水厂二期工程正在建设中。此次项目改造主要对三水厂净化站1#泵实施高压变频节能改造。

一、设备现场参数

5.1电动机参数

电机型号：Y5002-6; 电压等级： 10kV;额定电流： 40.5A

电机功率： 560kW; 额定转速： 991r/min

5.2 负载参数

负载类型：离心泵; 配用功率：560kW

额定转速：960 r/min; 额定流量：3000m3/h; 扬程：49m

二、高压变频器的整体方案

根据我公司在城市供水行业实际应用的成功经验，为确保供水系统的稳定性、安全性和经济性，供水泵560kW/10kV选用SUPERDRIVE A7-10-10-560KW带手动“一拖一”旁路的变频器。它采用直接“高-高”形式，单元串联多电平拓扑结构，每相由8个功率模块串联而成，经过多级移相叠加的整流方式，消除了大部分由独立功率模块引起的谐波电流，大大改善网侧的电流波形，实际测量后网侧电流近似为正弦波，不用更换原来的电机和电缆，完全适合旧设备的改造。

推荐如图旁路方案：其中：Q1、Q2、Q3为高压隔离开关，QF高压断路器， VVVF表示高压变频器，M表示电机。

当变频运行时，Q1和Q2闭合、Q3断开。变频器故障时，变频器对高压断路器QF进行连锁，QF跳开。然后断开Q1、Q2，合上Q3，当判断可以工频运行时，变频器允许QF合闸，撤消对QF的跳闸信号，电机能正常通过QF合 闸工频启动。这其中要求：Q2和Q3不能同时闭合，在机械和电气上实现互锁。

备注：图中的QF高压断路器由招标方提供。

三、 远程闭环控制方案

信号发送：

管网末端的压力信号通过压力传感器采集，压力传感器的输出为4-20mA。将这个4-20mA的压力信号通过无线数传模块直接变成可通信的数据，通过GPRS或CDMA无线发送出去。

信号接收：

远方的压力信号通过网络传输至三水厂控制室。可通过GPRS或CDMA来进行接收。

控制室的控制用PLC(S7-200)通过与GPRS（或CDMA） MODEM相连，从而可接收来自远方（长途车站）的压力信号。

分时段压力调节

采用三水厂控制室的主控电脑进行控制和操作，增加工控机组态控制画面。画面可通过设定不同时段的压力信号与设定频率的关系，可使变频器自动按照压力变化分时运行在不同的压力段。

实施步骤：

1） 在长途车站重新安装压力测量点，末端加装一个压力传感器，该压力传感器将压力信号转成4-20mA信号。转换后的4-20mA信号通过无线数传模块转变成可用于GPRS或CDMA传送的数据，无线发送出去。该步骤使压力信号单独测量，单独发送，保证了信号的可靠稳定传输。

2）在三水厂高压变频器室的墙体安装控制箱，控制箱内包括无线接收模块和PLC(S7-200),用来接收来自长途车站的压力信号，并转变成PLC可识别的数据。同时控制箱内的PLC(S7-200)与高压变频器通过硬接线方式连接，接收变频器的操作、显示信号。

3）变频器室内控制箱中的PLC（S7-200）通过MPI与S7-300站通信，与三水厂控制室的PLC(S7-300)连接。控制室内的工控机与PLC（S7-300）通过网线相连。

4）在控制室内的工控机完成变频器的控制画面，该画面可完成的功能有：变频器的远程启动、停机、急停、复位操作；变频器的运行、就绪、报警、故障状态显示；变频器的运行频率、输出电流的显示；水压闭环控制功能。

5）在控制画面可实现，当远程传输的压力信号丢失一定时间或在闭环控制中发生频率调节达到运行频率上限/下限时，画面显示报警。同时变频器维持报警前的运行频率。若变频泵运行中不能满足水厂供水要求，发出报警信号，提示操作人员加入新的运行泵。若连续两个采样周期压力差值超过某一设定压力值，显示“压力突变报警”。

通过以上步骤，可实现长途车站末端水压的独立测量、独立无线传输与接收，保证了信号的稳定可靠。在水厂控制室工控机完成的控制画面，可实现变频器的闭环控制、分时段分压控制功能，以及变频器工作状态的监控。

四、变频器的运行情况

三水厂取水泵采用开环运行方式，一般频率运行在38Hz-45Hz之间。 三水厂供水泵采用闭环运行方式，运行参数如下表：

通过测试发现变频器运行在37Hz及以下机泵不出水，所以我们把频率限制在38Hz。在日常运行中，早上4点加开一台工频机组，当变频器频率达39Hz左右，关闭工频机组，只运行一台变频器；在下午16点用水高峰时，再加开工频机组。这样合理开关车既满足了出厂水压力，同时又节约了大量能源。

五、系统应用效果

水泵电机采用高压变频器进行调速运行后，在有效的调速区段内运行十分平稳，与原来全部工频电机运行相比，由于变频器对电机实现了柔性启动，启动电流大大减小，对机组没有任何冲击，相应延长了设备的使用寿命，大大减轻了维护工作量，减少了维护成本。

· 变频器有效的水压闭环控制功能，使水压调节平滑可靠，转速无波动。电机与多功能阀门联动，只要给定频率，电机启动，多功能阀自动开启，使得开关机组变得简单。
· 变频器投入运行后，由于电网侧功率因数提高到0.96以上，在各种负荷下，电网侧电流大大下降，电机的无功电流由变频器直接补偿。
· 节能方面，我厂进行了测试：在同种工况下，采用单台机组电度表分别计量的方式，单台机组节电率达32%，每年将节电100万元左右。