北京地區供水系統變頻調速應用例分析

1 引言
隨著(zhù)電力電子器件向大功率化、高頻化、模塊化、智能化方向發(fā)展，極大地促進(jìn)了變頻調速整機系統性能的提高，變頻器整機的控制性能、自診斷和自保護功能越來(lái)越強。在變頻調速控制系統中，加入微處理器、單片機、plc構成的復合系統功能更強。各種功率水平、價(jià)格檔次且性能上各具特點(diǎn)的變頻器廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì )生活的各個(gè)領(lǐng)域。在城市供水系統中，使用變頻調速技術(shù)，在提高供水質(zhì)量及優(yōu)化供水系統性能的同時(shí)，節電效果可觀(guān)。下面就北京局部地區的小區、飯店供水系統的變頻調速技術(shù)應用例給予介紹和分析。2 某小區熱水供暖系統一次網(wǎng)中調速供水應用例
北京育新花園小區熱水供暖系統一次網(wǎng)采用3臺isb200/150-400-50a型水泵，其中1臺備用。根據系統一次網(wǎng)的設計流量，采用1臺水泵即可滿(mǎn)足系統的正常使用要求。熱水供暖系統一次網(wǎng)為實(shí)現在室外溫度變化時(shí)，循環(huán)水泵保持在最佳流量工況下運行的目標，系統一次網(wǎng)的循環(huán)流量應隨著(zhù)系統熱負荷的變化而動(dòng)態(tài)調整。對小區熱水供暖系統一次網(wǎng)采用“質(zhì)量-流量?jì)?yōu)化調節”，對應不同的熱負荷，系統循環(huán)水量在整個(gè)采暖季的分布情況和調節情況對應關(guān)系如表1。
表1 系統一次網(wǎng)循環(huán)水泵兩種方法調節流量時(shí)的軸功率比較
表1中數據表明:系統一次網(wǎng)在流量為159t/h和300t/h的工況下運行的時(shí)間較多，大約各占700個(gè)小時(shí);而流量小于150t/h和大于400t/h的工況運行時(shí)間較少，大約各占80個(gè)小時(shí)。用變頻器驅動(dòng)水泵電機，進(jìn)行質(zhì)量-流量?jì)?yōu)化調節，實(shí)現供暖系統的優(yōu)化運行。
表1中的數據給出了熱水供暖系統一次網(wǎng)中在不同的循環(huán)水量狀態(tài)下運行時(shí)，傳統的循環(huán)水泵閥門(mén)調節和變頻調速調節的軸功率對比。電價(jià)以0.6元/kwh計算，系統一次網(wǎng)循環(huán)水泵在一個(gè)采暖季里，采用閥門(mén)調節流量，運行電耗費用:123，9022×0.6=7.4萬(wàn)元(人民幣);采用變頻調速方式，運行電費支出:43，040×0.6=2.6萬(wàn)元。一個(gè)采暖季中，小區熱水供暖系統一次網(wǎng)循環(huán)水泵使用變頻調速方式可減少電耗80，802kwh，節省費用4.8萬(wàn)元。
市場(chǎng)上變頻器的價(jià)格大約在800～900元/kw，isb200/150-400-50a型水泵的功率為75 kw，循環(huán)水泵配用變頻調速設備使用投資大約為元6萬(wàn)元左右，從統計數據上看，不到兩個(gè)采暖季就可收回投資。

3 某飯店供水系統應用例
北京西直門(mén)外地區某飯店的供水系統原來(lái)由3臺泵組成，每臺泵的出水管均裝有手動(dòng)閥門(mén)，供檢修和調節水量用。經(jīng)變頻調速改造后，新系統中除了有變頻器以外，還有反映管網(wǎng)壓力的壓力傳感器和電接點(diǎn)壓力表及信號放大系統，還有實(shí)現邏輯控制的plc。plc控制3臺水泵的啟動(dòng)和停止，壓力傳感器為變頻器提供了反饋量，并和變頻器組成了壓力閉環(huán)系統，使系統始終在恒壓狀態(tài)工作。電接點(diǎn)壓力表用來(lái)檢測管路的最小壓力。
新系統中，一臺變頻器循環(huán)啟動(dòng)3臺泵，1號、2號泵的功率是15kw, 3號泵為11kw。經(jīng)測算1號泵或2號泵全力工作一般就會(huì )滿(mǎn)足整個(gè)系統的最大用水量，3號泵是備用泵。白天供水投入1號泵，使它工作在變頻調速狀態(tài)，構成壓力閉環(huán)系統。但為了均衡水泵的使用壽命，采用定時(shí)換泵的方式8小時(shí)輪換一個(gè)班次，即8小時(shí)后，2號泵工作運行，1號泵轉為備用，循環(huán)使用。當夜間供水量減小，或這兩臺泵處于檢修狀態(tài)時(shí)，3號泵啟動(dòng)并變頻運行和維持恒壓。
系統采用了富士變頻器frn15p11s-4cx，容量23kva，額定電流30a，頻率變動(dòng)范圍0～120hz，1號和2號泵的型號為80dl50-20×3額定電壓380v，額定電流30a，額定轉速1450rpm。3號泵的型號為65lg3620×3，是立式多級分段式離心泵。由于變頻器在任何一個(gè)確定的時(shí)間只驅動(dòng)一臺泵的拖動(dòng)電機，故3臺泵的啟動(dòng)、停止采用邏輯控制實(shí)現相互閉鎖，保證可靠切換。為確�？刂埔�求的實(shí)現，將3臺電機所有的控制、保護、檢測單元全部集中在一個(gè)控制柜里。
表2給出1臺15kw的水泵分別在定速和變速情況下運行測得的數據。
從表2中數據對比知道，水泵變頻運行后:
電源電壓下降了63%，電機定子電流下降41.3%
電源頻率下降12%，功率因數提高3.1%
流量減少4%水壓降低7.7%
轉速下降8.9%使用計算調速前后的功率之比，式中p為有功功率，u1、i1分別為電機定子線(xiàn)電壓和線(xiàn)電流。
工頻運行時(shí)有:;
變頻運行時(shí)有:。功率差p1-pb=8.22(kw)。每年360個(gè)工作日，每個(gè)工作日平均工作16個(gè)小時(shí)，可節約電能w=(p1-pb)×16×360=47347.2(kwh)，電價(jià)按0.6元/kwh計算，每年可節約電費支出2.84萬(wàn)元。而購買(mǎi)變頻設備的費用是2萬(wàn)多元，從分析知道，1年便可以回收設備投資。
表2 1臺15kw的水泵變頻調速前后各項指標對比4 水泵變頻調速的綜合結果
從以上某小區熱水供暖系統一次網(wǎng)中調速供水和飯店供水系統應用例中知道:水泵經(jīng)變
頻調速以后，除了具有很好的節能效果外，在以下性能指標上獲得了提高:
(1) 實(shí)現了軟啟動(dòng);工作電流下降，電機運行溫度明顯下降，同時(shí)減少了機械磨損，機械檢修工作量也大幅減少。
(2) 各種保護功能完善，沒(méi)有再發(fā)生因過(guò)載、單相運行而燒毀電機的現象，確保了安全運行。
(3) 實(shí)現了軟啟動(dòng)，避免了無(wú)調速水泵啟動(dòng)對周邊設備及電網(wǎng)的沖擊。
(4) 能自動(dòng)維持恒壓供水并無(wú)級調節水壓;供水質(zhì)量好，由于取消了高位水箱，防止了水的二次污染。
(5)自動(dòng)化程度提高，提高了水泵的運行效率。5 結語(yǔ)
根據調查資料顯示，北京地區的供水系統應用變頻調速技術(shù)有一定的普及程度，但還有
很大潛力，繼續在北京地區的供水系統中普及應用變頻調速技術(shù)，經(jīng)濟和社會(huì )效益是明顯的，技術(shù)優(yōu)勢也是明顯的，尤其是具有較大幅度的節能效果。但同時(shí)也有一些問(wèn)題，如:變頻恒壓供水系統停電既停水。另外變頻器工作產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)電壓有一定影響，尤其是電網(wǎng)有效容量越小，變頻器容量越大，影響程度就越大，這種影響會(huì )使電力電容、電抗器、變壓器容易發(fā)熱，并產(chǎn)生電磁諧振，電動(dòng)機、發(fā)電機產(chǎn)生附加損耗，繼電器產(chǎn)生誤動(dòng)作。我國的gb12668-90中規定:電氣設備使用時(shí)，引起的電壓畸變率要小于10%，任何奇次諧波不超過(guò)5%，偶次諧波不超過(guò)2%，使用變頻器后，在電網(wǎng)局部地區可能會(huì )出現電壓畸變超出國標的情況，宜采取相應的措施處理。參考文獻
[1] 杜金城,張少軍等.電氣變頻調速設計技術(shù)[m].北京:中國電力出版社,2001.
[2] 王占奎.交流變頻調速技術(shù)應用例[m].北京:科學(xué)出版社, 1999.論文出處(作者):
變頻器在工業(yè)鍋爐給水系統上的應用
電廠(chǎng)給水泵運行狀態(tài)監測的專(zhuān)家系統實(shí)現

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