摘 要：本文著重介紹了國(guó)產(chǎn)多電平高壓變頻器在勝利油田供水公司耿井水廠的應(yīng)用情況，應(yīng)用結(jié)果表明，采用國(guó)產(chǎn)高壓變頻器對(duì)水廠的供水泵設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有較高的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 供水泵 Abstract: This text introduces domestic Multi-level high voltage inverter supply water company dedicated well application situation of water works in Shengli Oil Field emphatically, use result indicate , adopt domestic high voltage inverter to offer water pump equipment to is it transfer the reducing energy consumption of the speed to go on water works, have higher technological progress and economic benefits. Key words: High voltage inverter Pump 1． 引言 　　耿井水廠為勝利油田供水公司下屬水廠之一，設(shè)計(jì)日供水能力30萬噸，供水泵房配備了十臺(tái)水泵機(jī)組。其中1#、2#、3#、4#、5#、6#機(jī)組為550KW/6KV，7#、8#、9#、10#為355KW/6KV，改造前全部定速運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)水泵的出口閥門開度來調(diào)節(jié)水量，大量電能在閥門上白白浪費(fèi)。為降低損耗，提高供水能力，水廠決定采用變頻器進(jìn)行調(diào)速改造。 　　勝利油田供水公司經(jīng)多方調(diào)研考察，認(rèn)為風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻器為直接高-高、電壓源型變頻器，采用功率單元串聯(lián)方式，諧波少，功率因數(shù)高，適用于普通異步電機(jī)，有良好的人機(jī)界面，各項(xiàng)服務(wù)及時(shí)周到，有優(yōu)異的性價(jià)比,最終我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻器受到供水公司的青瞇。 2．水廠設(shè)備概況 　　勝利油田供水公司耿井水廠決定3#、4#機(jī)組采用變頻調(diào)速改造，采用一拖二的形式，即高壓變頻器拖動(dòng)3#、4#機(jī)組任一臺(tái)，當(dāng)其中一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行到50Hz供水不足時(shí)，變頻器把當(dāng)前機(jī)組切換到網(wǎng)電工頻運(yùn)行，然后拖動(dòng)另外一臺(tái)機(jī)組變頻運(yùn)行。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1示。3#、4#機(jī)組為同型號(hào)機(jī)組，其中3#機(jī)組電機(jī)和水泵的主要參數(shù)如下： 1）水泵 型號(hào) RDL500 額定流量 3000m3/h 額定揚(yáng)程 49m 額定軸功率 550KW 額定效率 83% 額定轉(zhuǎn)速 970rpm 2）電機(jī) 型號(hào) JSQ458-6 額定功率 550KW 額定電壓 6KV 額定電流 64A 額定功率因數(shù) 0.89 額定轉(zhuǎn)速 985rpm [align=center] 圖1設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況圖[/align] 3.風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器的功能介紹 勝利油田供水公司耿井水廠決定選用我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器一拖二控制系統(tǒng)對(duì)3#、4#水泵機(jī)組作調(diào)速改造。以下是對(duì)風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器功能的一些介紹。 3.1 JD-BP37-550F高壓變頻器的主要性能指標(biāo): 變頻器功率 550KW 額定輸出電流 68A 輸入頻率 45Hz到55Hz 額定輸入電壓 6KV 允許電壓波動(dòng) ±20% 輸入功率因數(shù) ≥0.98 輸出電壓范圍 0～6KV 變頻器效率 ≥96% 輸出頻率范圍 0～50Hz 過載能力 100%連續(xù) 160%連續(xù)1min 220%允許1.5S 3.2 JD-BP37-550F高壓變頻器主要技術(shù)性能 3.2.1 高——高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或?yàn)V波器，適配于普通高壓電動(dòng)機(jī)，對(duì)電機(jī)、電纜絕緣無損害。 3.2.2 輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。 3.2.3 單元電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單，互換性好。 3.2.4 輸出階梯正弦PWM波形。 3.2.5 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，強(qiáng)弱電隔離，安全可靠。 3.2.6 完善的故障檢測(cè)，精確的故障保護(hù)及準(zhǔn)確的定位顯示和報(bào)警。 3.2.7 內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，可靈活選擇現(xiàn)場(chǎng)控制/遠(yuǎn)程控制，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)多變需求。 3.2.8 采用載波移相控制技術(shù)，大大抑制了輸出電壓的諧波成分，保證輸出波形是完美正弦波。 3.2.9 控制電源與高壓電相互獨(dú)立，無高壓可以檢測(cè)變頻器輸出，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及培訓(xùn)操作人員，便于維護(hù)。 3.2.10 采用準(zhǔn)優(yōu)化SPWM調(diào)制技術(shù)，電壓利用率高。 3.2.11 功率單元經(jīng)24小時(shí)高溫老化、150％負(fù)載試驗(yàn)，可靠性高。 3.2.12 中文Windows 操作界面，彩色液晶觸摸屏操作。主界面如圖2示。用戶操作監(jiān)控系統(tǒng)界面十分友好和完善，系統(tǒng)包括上位機(jī)（商用PC機(jī)）、下位機(jī)（工控機(jī)）、單片機(jī)。其中單片機(jī)給用戶提供一個(gè)4位LED數(shù)碼顯示屏和一個(gè)12鍵的小鍵盤操作平臺(tái)，可對(duì)變頻器進(jìn)行全部操作，包括參數(shù)設(shè)置和各種運(yùn)行指令。工控機(jī)用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺(tái)，其功能更齊全，包括參數(shù)設(shè)定、功能設(shè)定、運(yùn)行操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)打印、故障查詢等等。上位機(jī)（商用PC機(jī)）放在總控室，可對(duì)多臺(tái)變頻器進(jìn)行遙測(cè)、遙控。若只有一臺(tái)變頻器，上位機(jī)可省，或讓客戶自定。 [align=center] 圖2 主界面圖[/align] 3.2.13 可接收和輸出多路工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 3.2.14 可打印輸出運(yùn)行報(bào)表。 變頻器除了以上基本功能以外,還具有如下特殊功能: 1） 閥門真空度檢測(cè)。 變頻器在啟動(dòng)水泵以前,會(huì)自動(dòng)判斷真空度的值,如果沒有真空度或沒有達(dá)到要求,變頻器會(huì)提供報(bào)警信號(hào),并拒絕啟動(dòng)水泵。 2） 配置工頻旁路。 變頻提供手動(dòng)旁路開關(guān),使水泵機(jī)組既可變頻運(yùn)行,又可工頻運(yùn)行。 3） 具有“本地”及“遠(yuǎn)程”兩種工作方式。 根據(jù)用戶的需要,既可以在變頻器旁開停操作及調(diào)節(jié)參數(shù),也可在遠(yuǎn)程的控制室通過人機(jī)界面對(duì)水泵進(jìn)行控制。 4） 具有閥門聯(lián)動(dòng)功能。 在開泵和停泵的過程中,值班人員無需再對(duì)閥門進(jìn)行任何操作,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)開停泵的全部自動(dòng)化。 5） “一拖二”控制功能。 該系統(tǒng)一拖二控制具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，并設(shè)置遠(yuǎn)程控制還是就地控制，旋轉(zhuǎn)電機(jī)選擇3#、4#，指示即為優(yōu)先拖動(dòng)目標(biāo)。 ⑴手動(dòng)方式 ①如果選擇“手動(dòng)轉(zhuǎn)換”、“遠(yuǎn)程控制”，則按以下步驟操作。以優(yōu)先選擇3#泵為例，檢測(cè)3#泵真空度是否滿足要求。如果其真空度滿足要求，按“轉(zhuǎn)變頻”按鈕，相應(yīng)電機(jī)的接觸器吸合，變頻器在人機(jī)界面上確認(rèn)3#泵處于變頻待機(jī)狀態(tài)?？筛鶕?jù)用戶的需要開機(jī)運(yùn)行，同時(shí)人機(jī)界面上的運(yùn)行指示燈有灰色變?yōu)榫G色，3#泵的電磁閥開關(guān)相應(yīng)打開。 ②變頻器按給定壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，如果變頻器頻率升至50Hz后管網(wǎng)壓力還是低，延時(shí)一段時(shí)間后，給出壓力低轉(zhuǎn)工頻報(bào)警，操作人員經(jīng)檢查管網(wǎng)壓力確實(shí)低，并符合轉(zhuǎn)工頻的條件，則按“轉(zhuǎn)工頻”按鈕，變頻器將3#泵轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行。 ③然后操作人員檢查確認(rèn)4#泵是否可以啟動(dòng)，若可以啟動(dòng)，則按“轉(zhuǎn)變頻”按鈕，變頻器拖動(dòng)4#泵變頻運(yùn)行。若不需要轉(zhuǎn)工頻，則只將“報(bào)警消音”按鈕按下，消除報(bào)警。 ④當(dāng)管網(wǎng)壓力高時(shí)，變頻器頻率運(yùn)行在下限頻率40Hz（可調(diào)），延時(shí)一段時(shí)間后，給出壓力高報(bào)警信號(hào)。 ⑤操作人員經(jīng)檢查管網(wǎng)壓力確實(shí)高，關(guān)閉3#泵，由4#泵變頻運(yùn)行維持恒壓供水。 ⑵自動(dòng)方式 在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先優(yōu)先選擇3#、4#泵，如果3#泵出現(xiàn)故障，則通過人機(jī)界面在線修改該水泵的狀態(tài)，把3#泵設(shè)為故障狀態(tài)，則系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)不啟動(dòng)3#泵。以優(yōu)先選擇3#泵為例，如果3#泵正常，如果其真空度滿足要求，則3#泵變頻運(yùn)行。同時(shí)，打開3#泵的電磁閥，通過壓力變送器檢測(cè)壓力的大小，PLC經(jīng)過PID運(yùn)算，控制變頻器的輸出頻率，從最低頻率開始上升；如果管網(wǎng)壓力低,變頻器運(yùn)行頻率上升至50Hz，給出壓力低轉(zhuǎn)工頻報(bào)警；如果管網(wǎng)壓力一直低于設(shè)定壓力,延時(shí)一定時(shí)間后，將3#泵切換到工頻運(yùn)行，再啟動(dòng)4#泵，直至滿足供水需求。如果用水量減少，管網(wǎng)壓力升高，則PLC控制變頻器的輸出頻率，降低頻率減少出水量，穩(wěn)定管網(wǎng)壓力。如果變頻器的運(yùn)行頻率在下限頻率40Hz（可調(diào)），則系統(tǒng)壓力高報(bào)警，同時(shí)PLC開始?jí)毫Ω哂?jì)時(shí)，如果管網(wǎng)壓力降低，則取消計(jì)時(shí)，如果管網(wǎng)壓力一直高于設(shè)定壓力，延時(shí)一定時(shí)間后，根據(jù)先投先停的原則，PLC將先關(guān)閉正在運(yùn)行的投入時(shí)間最長(zhǎng)的泵的電磁閥，再關(guān)閉該泵，直至維持管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值，這樣依次類推。系統(tǒng)控制一拖二原理框圖如下示： [align=center] 圖3一拖二原理框圖[/align] 4．改造方案 勝利油田供水公司耿井水廠給水泵的改造方案主回路如下圖示 [align=center] 圖4 改造線路圖[/align] KA0 變頻器高壓開關(guān) KA1 、KA2 原3#和4#泵高壓開關(guān) KY1～KY4 高壓真空接觸器 M1 3#水泵電機(jī) M2 4#水泵電機(jī) KY2不能和KY1或KY3同時(shí)吸合,KY3不能和KY4或KY2同時(shí)吸合。 5．項(xiàng)目實(shí)施情況 2005年6月6日，勝利油田供水公司與山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術(shù)協(xié)議。 2005年8月6日，變頻器運(yùn)抵用戶現(xiàn)場(chǎng)。 2005年9月1日至5日，變頻器本體安裝。 2005年9月6日，變頻器空載調(diào)試。 2005年9月7至9日，變頻器帶載運(yùn)行調(diào)試。 2005年9月10日至13日，變頻器試運(yùn)行。 2005年9月14日，變頻器正式交接、驗(yàn)收。 6．變頻器運(yùn)行情況 從變頻器投入運(yùn)行的應(yīng)用效果來看，完全達(dá)到了用戶進(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)在上位機(jī)顯示屏都可顯示,如運(yùn)行頻率,輸入電壓,輸入電流,輸出電壓,輸出電流,開閉環(huán),壓力值等。上位機(jī)顯示屏操作簡(jiǎn)單明了，觀察方便。 （2）變頻器運(yùn)行穩(wěn)定,性能良好。 風(fēng)光牌JD-BP37-550F高壓變頻器投入運(yùn)行以來,運(yùn)行穩(wěn)定,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)平滑可靠,電壓和電流正常,沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。 （3）減輕了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于變頻器具有閥門聯(lián)動(dòng)功能,隨著供水水量的變化, 值班人員在值班時(shí)通過微機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作,不再需要頻繁地開停大小泵及閥門,工作量大大減小。 （4）恒壓控制。 采用壓力恒壓控制,用戶只需根據(jù)實(shí)際供水需要設(shè)定所需壓力，變頻器自動(dòng)恒壓運(yùn)行，壓力設(shè)定方便，精確穩(wěn)定，保證管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供水質(zhì)量。 （5）降低了維護(hù)費(fèi)用。 由于變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，對(duì)水泵機(jī)組沒有任何機(jī)械沖擊，相應(yīng)地延長(zhǎng)了水泵、電機(jī)及閥門的使用壽命，大大降低了維護(hù)工作量和維護(hù)成本。 （6）節(jié)電效果明顯。 在勝利油田供水公司耿井水廠，目前采用多臺(tái)水泵并聯(lián)供水方式，水廠供水量采用閥門開度大小的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，水廠改造前一般采用二到三臺(tái)水泵工頻并網(wǎng)向市區(qū)供水。用這種供水方式運(yùn)行的2005年8月，千噸水耗電指標(biāo)為140.6度，采用了變頻器改造后，2005年10月，千噸水耗電指標(biāo)為124.3度，綜合電耗指標(biāo)下降了11%左右。經(jīng)過測(cè)算，不到兩年即可收回成本。 7．結(jié)束語 總之，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-550F高壓大功率變頻器在勝利油田供水公司耿井水廠的水泵調(diào)速改造中應(yīng)用是成功的，它不僅滿足了供水流量調(diào)節(jié)的需要，降低了供水成本,提高了供水水平,而且性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，可以在類似的應(yīng)用場(chǎng)合全面推廣應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) [1]山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z]. 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。 [2]山東新風(fēng)光電子JD-BP37-550F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)勝利油田供水調(diào)試大綱。 [3]山東新風(fēng)光電子JD-BP37-550F高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)勝利油田供水驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。 [4]杜賢國(guó)，郭培彬，韓文昭。高壓變頻器在冷卻水循環(huán)泵上的應(yīng)用。變頻器世界，2005（7） [5]劉海鵬, 郭培彬, 孫亞斌。高壓變頻器在大冶特鋼水廠給水泵上的應(yīng)用。變頻器世界，2005（11） 作者簡(jiǎn)介： 尹彭飛（1974-），男，畢業(yè)于東北大學(xué)，任山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司副總工。 郵編：272500 地址：山東省汶上縣廣場(chǎng)路2號(hào) 公司：山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司 電話：0537-7237196 劉海鵬 郭培彬