一、 項(xiàng)目背景
柿園水廠(chǎng)擔(dān)任了鄭州市西部地區(qū)的重要供水任務(wù)，日設(shè)計(jì)供水量為40萬(wàn)噸。 擁有原一期泵房、二期泵房及此次技術(shù)改造中新建的三期泵房。新泵房建成后，將逐步淘汰一期泵房的小功率水泵設(shè)備。進(jìn)行設(shè)備變頻改造的是原二期泵房的9#泵及新泵房的15#水泵，兩臺(tái)水泵電機(jī)的功率均為560KW，用兩臺(tái) 6KV/560KW變頻器分別進(jìn)行控制。采用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行控制的目的：減輕水泵啟停及水量調(diào)節(jié)時(shí)對(duì)管網(wǎng)造成的沖擊；保持水泵出口閥門(mén)最大，通過(guò)改變變頻器的輸出頻率（電機(jī)速度）調(diào)節(jié)供水量，以節(jié)約原來(lái)通過(guò)改變閥門(mén)開(kāi)度調(diào)劑供水量時(shí)浪費(fèi)在閥門(mén)上的能源；通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)水壓閉環(huán)控制，保持管網(wǎng)水壓的恒定。
二、 設(shè)備概況及改造方案
柿園水廠(chǎng)這次改造的為老送水泵房的9#機(jī)組，新建泵房的15#機(jī)組也采用變頻調(diào)速。9#及15#機(jī)組的電機(jī)和水泵的主要參數(shù)如下：
9#機(jī)組：
水泵 電機(jī)
型 號(hào)： 24SH-13 型號(hào)：JS158-6
額定流量： 3168m3／h 額定功率： 550kW
額定揚(yáng)程： 47.4米 額定電壓： 6kV
額定軸功率： 550KW 額定頻率： 50Hz
額定效率： 88% 額定電流： 63.5A
額定轉(zhuǎn)速： 970rpm 額定功率因數(shù)： 0.893
額定轉(zhuǎn)速： 985 rpm
15#機(jī)組：
水泵 電機(jī)
型 號(hào)： 600S47F 型號(hào)：Y4503-6
額定流量： 3170m3／h 額定功率： 560kW
額定揚(yáng)程： 47米 額定電壓： 6Kv
額定軸功率： 560KW 額定頻率： 50Hz
額定轉(zhuǎn)速： 970rpm 額定電流： 63.17A
額定功率因數(shù)： 0.894
額定轉(zhuǎn)速： 991 rpm
三、 HARSVERT-A變頻器的功能
柿園水廠(chǎng)9#和15#水泵變頻調(diào)速改造采用了兩臺(tái)北京利德華福技術(shù)有限公司HARSVERT-A06/076變頻器，變頻器的主要性能指標(biāo)如下：
變頻器容量 790KVA
額定輸出電流 76A
輸入頻率 45Hz到55Hz
額定輸入電壓 6000V
允許電壓波動(dòng) ±10%
輸入功率因數(shù) ≥0.96（大于20%負(fù)載時(shí)）
輸出頻率范圍 0Hz到50Hz（即：調(diào)速范圍0～100%）
變頻器效率 ≥96％
輸出頻率分辨率 0.01Hz，無(wú)級(jí)調(diào)速
過(guò)載能力 120%一分鐘，150%立即保護(hù)
結(jié)合柿園水廠(chǎng)變頻器應(yīng)用的具體情況，變頻器除了以上基本性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求外，還具有如下特功能：
●閥門(mén)真空度檢測(cè)
一般水泵啟動(dòng)前，泵腔必須處于真空狀態(tài)，否則必須先作抽真空處理。水泵由變頻器控制后，變頻器在啟動(dòng)水泵之前，會(huì)自動(dòng)判斷真空度的值。如果沒(méi)有真空度沒(méi)有達(dá)到要求，變頻器會(huì)提供報(bào)警信息，并拒絕啟動(dòng)水泵。
●閥門(mén)過(guò)力矩報(bào)警
根據(jù)柿園水廠(chǎng)操作及維護(hù)人員的意見(jiàn)，反映電動(dòng)閥門(mén)在手動(dòng)控制其開(kāi)啟或關(guān)閉的過(guò)程中，由于機(jī)械或電氣原因，常會(huì)出現(xiàn)打開(kāi)過(guò)度或關(guān)閉過(guò)度的情形，稱(chēng)閥門(mén)過(guò)力矩。一旦閥門(mén)過(guò)力矩，要求變頻器能提供報(bào)警。應(yīng)用戶(hù)要求，變頻器配置了該功能。
●電機(jī)溫度自動(dòng)控制
變頻器對(duì)電機(jī)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并在變頻器主界面上提供電機(jī)溫度值顯示。在變頻器的模擬輸入通道參數(shù)設(shè)定中，用戶(hù)可以設(shè)定電機(jī)超溫報(bào)警、過(guò)熱跳閘保護(hù)、電機(jī)冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、電機(jī)冷風(fēng)機(jī)關(guān)閉四個(gè)溫度值，實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)電機(jī)的溫度監(jiān)測(cè)和自動(dòng)保護(hù)功能。
●配置工頻旁路
變頻器配置高壓手動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)，使水泵機(jī)組既可變頻調(diào)速運(yùn)行，也可以直接投入工頻運(yùn)行。
變頻器局部單元故障時(shí)，不停機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，以保障供水安全
配置閥門(mén)聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)開(kāi)停泵全過(guò)程的全部自動(dòng)化。
四、 項(xiàng)目實(shí)施情況
2001年1月22日，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司和鄭州自來(lái)水總公司簽定兩套HARSVERT-A06/076變頻器的供貨合同；
2001年 月 日 完成生產(chǎn)
2001年7月15-18日，完成兩臺(tái)變頻器的就位、安裝。（由于柿園水廠(chǎng)地溝架設(shè)原因，故延期安裝）
2001年8月8-12日，完成變頻器閥門(mén)聯(lián)鎖功能調(diào)試，空載運(yùn)轉(zhuǎn)，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)72小時(shí)。
2001年8月13-14日，完成變頻器的用戶(hù)培訓(xùn)、交接與驗(yàn)收。
五、 變頻器應(yīng)用效果
從變頻器投入運(yùn)行4個(gè)多月的運(yùn)行效果看，完全達(dá)到了用戶(hù)進(jìn)行水泵變頻改造的目的，較改造前其優(yōu)越性體現(xiàn)于：
1． 操作簡(jiǎn)便，易于觀察。變頻器運(yùn)行時(shí)的所有數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)在值班室內(nèi)上位機(jī)的顯示屏都可直觀的了解：如運(yùn)行頻率，泵口及管網(wǎng)水壓，變頻器輸入、輸出側(cè)的電壓、電流，開(kāi)環(huán)或閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)等；只需掌握了計(jì)算機(jī)的最基本的操作即可完成水壓或頻率的給定，加減速，啟泵與停泵的操作等。即使操作失誤，相應(yīng)的保護(hù)功能也很完善。比如正常操作中不慎點(diǎn)擊了停機(jī)鍵，在運(yùn)行頻率緩慢下降過(guò)程中，仍可通過(guò)點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵重新恢復(fù)正常狀態(tài)。
2．啟泵與停泵完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，用戶(hù)在參數(shù)設(shè)定頁(yè)設(shè)定了允許開(kāi)閥的最小水壓（0.48MP），在啟動(dòng)水泵升速過(guò)程中，水泵出口水壓逐漸增高，當(dāng)大于設(shè)定的“允許開(kāi)閥最小水壓”時(shí)，閥門(mén)開(kāi)始打開(kāi)，直至開(kāi)全。在停泵時(shí)，閥門(mén)同步關(guān)閉，閥門(mén)關(guān)嚴(yán)后自動(dòng)開(kāi)始減速停機(jī)。變頻器故障停機(jī)時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出關(guān)閉閥門(mén)指令。如果開(kāi)泵時(shí)，閥門(mén)因各種原因未能開(kāi)全，將提示“閥門(mén)沒(méi)有開(kāi)全”，停泵時(shí)，如閥門(mén)未關(guān)嚴(yán)，將提示“閥門(mén)沒(méi)有關(guān)嚴(yán)”。在對(duì)閥門(mén)進(jìn)行檢修時(shí)，可通過(guò)設(shè)定將閥門(mén)聯(lián)鎖功能取消。這樣在開(kāi)泵和停泵過(guò)程中，值班人員無(wú)需再對(duì)閥門(mén)執(zhí)行任何操作，不僅減少了操作的失誤，由于變頻器平穩(wěn)的啟動(dòng)與停機(jī)過(guò)程，也不會(huì)造成對(duì)管網(wǎng)的沖擊。
3．恒壓控制。這是保證管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。用戶(hù)配備了兩臺(tái)上位機(jī)分別對(duì)兩套變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。因?yàn)榻?jīng)常需要同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)變頻電機(jī)，實(shí)際運(yùn)行中一臺(tái)變頻器設(shè)為開(kāi)環(huán)，另一臺(tái)變頻器設(shè)為閉環(huán)運(yùn)行。 這是因?yàn)閮膳_(tái)泵之間距離較遠(yuǎn)，泵的出口到管網(wǎng)之間的管路特性不同，如同時(shí)采用閉環(huán)運(yùn)行，將會(huì)因調(diào)節(jié)過(guò)程的不同而造成變頻器輸出頻率的頻繁波動(dòng)， 不利于變頻器與電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。在現(xiàn)在這種一臺(tái)開(kāi)環(huán)，一臺(tái)閉環(huán)的運(yùn)行方式下，在水量供給發(fā)生變化時(shí)，水壓仍能保持恒定，值班人員需要適時(shí)匹配兩臺(tái)變頻器的運(yùn)行頻率，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。
4．節(jié)能效果較為明顯。
總之，北京利德華福公司生產(chǎn)的HARSVERT-A06/076高壓大功率變頻器在鄭州柿園水廠(chǎng)的成功運(yùn)行再次證明其在水行業(yè)的水泵調(diào)速應(yīng)用中所無(wú)可比擬的優(yōu)越性。