郑州柿园水厂水泵变频调速案例

北京利德华福电气技术有限公司


一、 项目背景
　　柿园水厂担任了郑州市西部地区的重要供水任务，日设计供水量为40万吨。 拥有原一期泵房、二期泵房及此次技术改造中新建的三期泵房。新泵房建成后，将逐步淘汰一期泵房的小功率水泵设备。进行设备变频改造的是原二期泵房的9#泵及新泵房的15#水泵，两台水泵电机的功率均为560KW，用两台6KV/560KW变频器分别进行控制。采用变频器对水泵进行控制的目的：减轻水泵启停及水量调节时对管网造成的冲击；保持水泵出口阀门最大，通过改变变频器的输出频率（电机速度）调节供水量，以节约原来通过改变阀门开度调剂供水量时浪费在阀门上的能源；通过变频器实现水压闭环控制，保持管网水压的恒定。
二、 设备概况及改造方案
　　柿园水厂这次改造的为老送水泵房的9#机组，新建泵房的15#机组也采用变频调速。9#及15#机组的电机和水泵的主要参数如下：
　　9#机组：
水泵　　　　　　　　　　　　　　　电机
型 号： 24SH-13　　　　　　　　型号：JS158-6
额定流量： 3168m3／h　　　　　 额定功率： 550kW
额定扬程： 47.4米　　　　　　　　额定电压： 6kV
额定轴功率： 550KW　　　　　　　额定频率： 50Hz
额定效率： 88%　　　　　　　　　额定电流： 63.5A
额定转速： 970rpm　　　　　　　额定功率因数： 0.893
　　　　　　　　　　　　　　　　　额定转速： 985 rpm
15#机组：
水泵　　　　　　　　　　　　电机
型 号： 600S47F　　　　　　型号：Y4503-6
额定流量： 3170m3／h　　　额定功率： 560kW
额定扬程： 47米　　　　　　额定电压： 6Kv
额定轴功率： 560KW　　　　额定频率： 50Hz
额定转速： 970rpm　　　　　额定电流： 63.17A
　　　　　　　　　　　　　　额定功率因数： 0.894
　　　　　　　　　　　　　　额定转速： 991 rpm
三、 HARSVERT-A变频器的功能
　　柿园水厂9#和15#水泵变频调速改造采用了两台北京利德华福技术有限公司HARSVERT-A06/076变频器，变频器的主要性能指标如下：
　　变频器容量 790KVA
　　额定输出电流 76A
　　输入频率 45Hz到55Hz
　　额定输入电压 6000V
　　允许电压波动 ±10%
　　输入功率因数 ≥0.96（大于20%负载时）
　　输出频率范围 0Hz到50Hz（即：调速范围0~100%）
　　变频器效率 ≥96％
　　输出频率分辨率 0.01Hz，无级调速
　　过载能力 120%一分钟，150%立即保护
　　结合柿园水厂变频器应用的具体情况，变频器除了以上基本性能指标满足要求外，还具有如下特功能：
　　 阀门真空度检测
　　　一般水泵启动前，泵腔必须处于真空状态，否则必须先作抽真空处理。水泵由变频器控制后，变频器在启动水泵之前，会自动判断真空度的值。如果没有真空度没有达到要求，变频器会提供报警信息，并拒绝启动水泵。
　　 阀门过力矩报警
　　　根据柿园水厂操作及维护人员的意见，反映电动阀门在手动控制其开启或关闭的过程中，由于机械或电气原因，常会出现打开过度或关闭过度的情形，称阀门过力矩。一旦阀门过力矩，要求变频器能提供报警。应用户要求，变频器配置了该功能。
　　 电机温度自动控制
　　　变频器对电机温度进行检测，并在变频器主界面上提供电机温度值显示。在变频器的模拟输入通道参数设定中，用户可以设定电机超温报警、过热跳闸保护、电机冷风机启动、电机冷风机关闭四个温度值，实现变频器对电机的温度监测和自动保护功能。
　　 配置工频旁路
　　　变频器配置高压手动旁路开关，使水泵机组既可变频调速运行，也可以直接投入工频运行。
　　 变频器局部单元故障时，不停机继续运行，以保障供水安全
　　 配置阀门联动功能，实现开停泵全过程的全部自动化。
四、 项目实施情况
　　2001年1月22日，北京利德华福电气技术有限公司和郑州自来水总公司签定两套HARSVERT-A06/076变频器的供货合同；
　　2001年 月 日 完成生产
　　2001年7月15-18日，完成两台变频器的就位、安装。（由于柿园水厂地沟架设原因，故延期安装）
　　2001年8月8-12日，完成变频器阀门联锁功能调试，空载运转，满负荷运转72小时。
　　2001年8月13-14日，完成变频器的用户培训、交接与验收。
五、 变频器应用效果
　　从变频器投入运行4个多月的运行效果看，完全达到了用户进行水泵变频改造的目的，较改造前其优越性体现于：
　　1． 操作简便，易于观察。变频器运行时的所有数据及运行状态在值班室内上位机的显示屏都可直观的了解：如运行频率，泵口及管网水压，变频器输入、输出侧的电压、电流，开环或闭环运行状态等；只需掌握了计算机的最基本的操作即可完成水压或频率的给定，加减速，启泵与停泵的操作等。即使操作失误，相应的保护功能也很完善。比如正常操作中不慎点击了停机键，在运行频率缓慢下降过程中，仍可通过点击启动键重新恢复正常状态。
　　2．启泵与停泵完全实现了自动控制。根据经验，用户在参数设定页设定了允许开阀的最小水压（0.48MP），在启动水泵升速过程中，水泵出口水压逐渐增高，当大于设定的“允许开阀最小水压”时，阀门开始打开，直至开全。在停泵时，阀门同步关闭，阀门关严后自动开始减速停机。变频器故障停机时，会自动发出关闭阀门指令。如果开泵时，阀门因各种原因未能开全，将提示“阀门没有开全”，停泵时，如阀门未关严，将提示“阀门没有关严”。在对阀门进行检修时，可通过设定将阀门联锁功能取消。这样在开泵和停泵过程中，值班人员无需再对阀门执行任何操作，不仅减少了操作的失误，由于变频器平稳的启动与停机过程，也不会造成对管网的冲击。
　　3．恒压控制。这是保证管网稳定运行的关键。用户配备了两台上位机分别对两套变频器进行远程操作。因为经常需要同时运行两台变频电机，实际运行中一台变频器设为开环，另一台变频器设为闭环运行。 这是因为两台泵之间距离较远，泵的出口到管网之间的管路特性不同，如同时采用闭环运行，将会因调节过程的不同而造成变频器输出频率的频繁波动， 不利于变频器与电机的稳定运行。在现在这种一台开环，一台闭环的运行方式下，在水量供给发生变化时，水压仍能保持恒定，值班人员需要适时匹配两台变频器的运行频率，以达到最佳的节能效果。
　　4．节能效果较为明显。
　　总之，北京利德华福公司生产的HARSVERT-A06/076高压大功率变频器在郑州柿园水厂的成功运行再次证明其在水行业的水泵调速应用中所无可比拟的优越性。