凈水廠水泵機組變頻調速設計運行總結

作者：時間：2018-08-27 來源：網絡

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本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/201808/387736.htm

高壓變頻器的產業(yè)化在上世紀80 年代中期才開始形成，隨著大功率電力電子器件的迅速發(fā)展和巨大的市場推動力，高壓變頻器20 多年來的發(fā)展非常迅速，使用的器件已經從Thyristor、GTR、GTO發(fā)展到IGBT、IECT、IGCT(SGCT)等，功率范圍從幾百kW到幾十MW，技術已經成熟，可靠性也得到保證，應用越來越廣。國內外生產高壓變頻器的廠家很多，如西門子公司、ABB公司、依林公司、日立公司、國內的利德華福公司等。

從1984 年開始，沈陽、哈爾濱、大連、鞍山等城市的供水工程，在不同時期先后選用了不同型號、一次側為10 kV的變頻調速裝置。其中哈爾濱第三凈水廠用的是奧地利ELEN 公司的設備(奧地利政府貸款)，鞍山市三家凈水廠用的是德國西門子公司上世紀80年代末的設備(日元貸款)，大連沙河第二凈水廠用的是德國西門子公司1998 年以后推出的最新的SIMOVERT(日元貸款)，吉林市第二凈水廠及第三凈水廠分別于2002年、2004 年選用了和美國羅賓康技術等同的利德華福公司的10 kV變頻調速設備。吉林市第三凈水廠所用的產品具有新穎、運行可靠、技術先進、節(jié)能顯著等優(yōu)點。本文重點介紹吉林市第三凈水廠水泵機組的變頻調速系統(tǒng)，它具有代表性，而且對凈水廠進行變頻調速技術改造的實際指導意義也較大。

吉林市自來水集團有限公司在考察對比了國內外多家高壓變頻器生產廠家后，決定選用北京利德華福電氣技術有限公司生產的HARSVERT-A 系列高壓變頻器。2002年先在二水廠選用一臺，兩年來運行效果很好，2004 年決定在三水廠再選用兩臺。

HARSVERT-A 系列高壓變頻器技術先進，可靠性高，輸出電壓波形好，并且已成功應用于電力、冶金、石化、市政供水、水泥等多個領域，得到了用戶的普遍認可。

1 工程概況

吉林市于1998年建成二水廠(凈水廠)，2004年建成三水廠(凈水廠及原水給水廠)。二水廠與法國得利滿公司合作，V 型濾池計算機系統(tǒng)由設計院和法國得利滿聯(lián)合設計。V 型濾池用的設備(閥門、儀表、控制臺)材料，送水泵房的水泵，高壓10 kV 電機，中控室計算機系統(tǒng)及模擬屏、投影設備均由法國得利滿公司供貨。幾年來，通過與外方合作，去國內外水廠考察調研，學習到了國內外水廠的長處，積累了豐富的經驗。尤其是時間已進入了21世紀，在設計三水廠時，必須以“高起點、上水平、創(chuàng)特色”為宗旨，設計、建設最好的水廠，讓市民滿意的水廠。

2 節(jié)能原理

同中國其他城市一樣，吉林市城市用水量是不均勻的，這是由于氣候和人們生活以及生產規(guī)律所決定的。由于流量的變化影響到管網水頭損失的變化，尤其是地勢平坦的市區(qū)，在幾何揚程很小的情況下，送水泵站出口所需壓力隨流量的變化更為顯著。

水泵站的裝機是按最不利條件下、最大時流量和所需相應揚程決定的。但是，實際上每天只有很短時間能達到最大時流量，大多數(shù)時間里，水泵站都處在小流量下工作。為了適應流量的變化，許多泵站在運行中采取關小出口閘門的辦法來控制流量，從而造成出口閘門前后少則幾m 多則幾十m 的壓力差值白白地浪費于閘門阻力上，如圖1所示。

當水泵臺數(shù)足夠多時，可以很好地適應水量變化，但是水泵型號是有限的，裝機臺數(shù)過多，不僅管理不便，而且會無謂地增大建筑面積，提高工程造價，即使這樣，也無法做到完全適應水量變化，仍然需要用閘門來調節(jié)水量，如圖2所示。

很多水廠通過切削水泵葉輪以適應工作點的需要，但因水泵工作點不連續(xù)照樣有能量損失。

若采用無級調速技術，則可連續(xù)地改變水泵轉速，來變更水泵工況，使流量與揚程適應于管網用水量的變化，提高機組效率，維持管網壓力恒定，從而達到節(jié)能的效果。這一方法節(jié)能原理如圖3所示。圖中，AB為全速泵特性曲線，AnBn為調速泵特性曲線，CBnB為管路特性曲線，CO為幾何揚程(含地形差和自由水頭)，在用水量從qmax減少到qmin的過程中，全速泵的揚程將沿BA 曲線上升，而管網所需揚程將沿

BBn曲線下降，這兩條曲線縱坐標的差值就意味著全速泵揚程的浪費。應用水泵調速技術時，當用水量從qmax變動到qmin的過程中，水泵轉速隨流量從額定位n0降到n1n2n3……nn，水泵的q-h 特性曲線AB也相應變化為A1B1，A2B2，A3B3……AnBn。而這組平行的特性曲線AB-AnBn 與管路特性曲線CB 的交點軌跡BBn正在管路特性曲線上。這樣就可使水泵工作點沿管路特性曲線滑動，使其揚程處處能與系統(tǒng)阻力相適應，做到沒有多余壓力的損失，且能保持管網壓力恒定，根據(jù)水泵軸功率的計算公式，明顯收到節(jié)能效果。

為實現(xiàn)水泵機組隨用水量變化而自動調速，最直接的辦法是在管網最不利點處設置壓力計，并設定壓力值。微機系統(tǒng)據(jù)輸入的壓力信號按存放的程序改變水泵轉速，使最不利點壓力恒定和供需水量平衡。但是最不利點距泵站往往很遠，遠傳信號很不方便。采用泵站出口壓力和流量來控制水泵轉速是常用的辦法。當管網確定之后，出口壓力應是流量的函數(shù)，其函數(shù)曲線即為管路特性曲線，所以可以利用圖4的控制系統(tǒng)自動地調節(jié)水泵轉速。