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不銹鋼無塔供水設備在生活泵節能改造上的應用

      摘 要 ：本文剖析了新一代高壓變頻器的原理和技能特色，以及在國電自來水廠無負壓變頻泵運能改造的節能狀況。 

導言

      選用新式高壓大功率電力電子器材、直接“高-高”方法的高壓變頻器，具有體積小、功率高、布局簡略、作業牢靠等特色。變頻設備選用不可控24脈沖移相整流和全控器材進行開關調制，具有很高的輸入側功率因數、較好的調速功能和轉矩操控功能。高壓變頻器通過改動電動機作業頻率，在很寬的轉速范圍內進行高功率的轉速調理，能夠獲得很好的節電作用，在風機和水泵的節能改造上現已得到廣泛驗證。

      國電自來水廠發電廠3、4號機為210MW火電機組，和 3、4號機組配備有6臺6kV/570kW無負壓變頻泵電機，電機類型JS512-8，額外電流69A，額外轉速730r/min。其間，6#無負壓變頻泵是二級泵，和5#無負壓變頻泵合作運用。在裝置變頻器之前，6#無負壓變頻泵是依據前池液面的高度決議啟、停電機。

      這樣就存在兩方面疑問:一方面為了習慣生產技能需求，需求每天依據前池液位和沖灰管的需求不斷切換、啟停電機，前池液位高度得不到很好操控，而且頻頻工頻發動電機對電機形成很大沖擊; 另一方面存在節省丟失，形成電能的糟蹋。為了進一步優化無負壓變頻泵作業工況，節省電能，所以對6#無負壓變頻泵電機進行高壓運能改造。 6#無負壓變頻泵電機在高壓變頻器改造之后，通過調整6#無負壓變頻泵變頻器的作業頻率（電機轉速）來調整前池液面的高度，這樣5#無負壓變頻泵能夠一直在較合適功率下工頻作業，然后減少了操作6#無負壓變頻泵開關的分合次數，減小了電機工頻發動形成的沖擊，進一步優化了生產技能，而且節省了電能。 

2 不銹鋼無塔供水設備作業技能和運能改造技能計劃 2.1 6#不銹鋼無塔供水設備作業狀況及運能改造技能計劃

（1）在不銹鋼無塔供水設備作業現場，變頻器到電機之間的高壓電纜常常發作單相對地放電或單相直接接地的狀況。在這種狀況下，要確保不能損壞變頻器，而且變頻器要能宣布報警停機信號以便現場人員及時處置。因而，需求變頻器輸出能接受單相接地的才能，相應變頻器的輸出濾波器電容中性點不能直接接地，而是需求通過電容接地。

（2） 由于6#不銹鋼無塔供水歸于二級泵，所以在發動6#無負壓變頻泵變頻器作業之前，5#一級無負壓變頻泵一般現已在作業，將會推進6#無負壓變頻泵電機作業，變頻器相當于飛車發動。所以變頻器發動時需實時檢測電機作業頻率，依據該作業頻率股動電機發動。

（3） 6#不銹鋼無塔供水作業需求能對前池液位高度閉環操控，主動調理電機的轉速。

（4） 由于不銹鋼無塔供水作業時，在前池液位很低的時分有能夠形成負荷過大乃至堵轉的狀況，因而需求變頻器有過載才能以及過流維護措施。歸納上述要素，從目前國內、外首要的兩種高壓變頻器拓撲布局中，挑選依據IGCT的三電平中性點箝位的拓撲布局。三電平拓撲布局具有以下長處:開關功率器材數少、IGCT開關電流大、過流才能強、布局簡略、牢靠性高、適宜負載沖擊較大的運用場合。

      在操控方面，無負壓變頻泵前池液位設置壓力式水位傳感器，將丈量得到水位高度信號，變換為4～20mA規范信號，由電流環接口送給變頻器; 變頻器計算出當時水位與操控水位之間的誤差，通過變頻器內置的數字PID調理器改動變頻器的輸出頻率，調理電動機的轉速，進而操控無負壓變頻泵前池液位的高度。           2.2 三電平中點箝位電路原理布局圖依據IGCT的三電平中性點箝位的高壓變頻器布局簡略，主體由整流器、逆變器和濾波器組成。如圖1所示，整流器選用24脈沖不控整流，由移相15°的24脈波移相整流變壓器和四重三相整流橋構成，這樣能夠滿意對輸入端的電流諧波需求。直流環節由共模電抗、IGCT維護及充電限流電阻和直流電容（C1、C2）構成。 圖1 三電平中點箝位變頻設備電路原理布局圖 三電平逆變器由di/dt吸收電路（由陽極電抗及嵌位電路組成）和12個IGCT組件構成的三電平逆變橋組成。三電平布局的變頻器需求拖動6kV電機，所以變頻器直流母線電壓需求10kV。實踐作業時，兩個處于關斷狀況的功率組件需求接受10kV的電壓，這樣每個組件要接受5kV。在主開關功率器材IGCT作業耐壓只要4.5kV的條件下，需求選用兩只串聯的方法組成一個功率組件。變頻器內置輸出濾波器由三相濾波電抗（La、Lb、Lc）和三相濾波電容（Ca、Cb、Cc、Cn）構成。濾波器使變頻器輸出到電機的電壓和電流波形愈加挨近正弦波，而不需求電動機降容運用。 變頻設備內部選用無熔斷器布局，電路的主維護首要由維護IGCT來完成，其舉措時刻在μs級。 

      2.3 新一代高壓變頻器操控體系的改善我公司第，一代變頻器選用工控機進行信號處置，操控的實時性得不到確保。由于變頻器要選用優化的PWM操控算法操控電機，需求主控體系操控器具有更高的作業速度和處置才能、更大的存儲器和外部信號處置端口、具有浮點運算的才能。因而，新一代的變頻器操控器選用浮點數字信號處置器DSP和大規模集成電路的 FPGA相結合的計劃，DSP首要擔任收集的信息和運算處置，FPGA依據處置結果轉化為相應的操控脈沖，操控實時性大大進步。圖2是新一代高壓變頻器主控板的硬件框圖，它與第，一代操控器比較，更能習慣高功能的矢量操控算法的需求。 圖2 新一代高壓變頻器主控體系硬件框圖 

3 II期6#無負壓變頻泵高壓變頻器現場調試作業和節能剖析 

      3.1 變頻器體系的操控調試無負壓變頻泵的流量是依據機組的負荷巨細和沖灰技能需求操控的，水流量的改變較大，有時呈階梯狀特性，水位動搖比較大。水位壓力式傳感器需求挑選適宜的丈量點，否則會由于水池內水流要素和水面動搖導致丈量的不安穩性。通過現場測驗，挑選了水流改變不大的靠池壁方位。通過調試，建立了一個適宜的模型和PID操控參數，通過閉環盯梢水位改變，安穩操控前池液面的高度，優化了生產技能。別的，變頻器還能夠挑選作業在開環狀況，通過電廠DCS信號操控變頻器的輸出頻率。 

      3.2 變頻器節能剖析 II期6#無負壓變頻泵進行運能改造的一個重要原因是節省電能。電機變頻作業節能的原理在許多材料均有論說，這里不做評論。表1～2是通過II期6#無負壓變頻泵的工頻旁路作業和變頻作業的實踐數據來闡明變頻的節能作用。 依據以上數據，選用變頻作業后，24h可節省電量9380-6360=3020kWh。選用變頻器后節能32%。由以上實踐作業數據能夠看出:電機變頻作業不只滿意了技能需求，一起能節省很多電能。通過幾個月的接連作業，II期6#無負壓變頻泵的運能改造后，節能作用顯著。不銹鋼無塔供水歸于火電機組的共用設備，年作業時刻長，能夠為電廠節省15～30%左右的動力。 

4 結束語

      自來水廠II期無負壓變頻泵通過運能改造后，優化了不銹鋼無塔供水的作業狀況和生產技能，非常好地安穩了前池液位的高度，完成了閉環主動操控，一起節省了很多電能，節能作用顯著。高壓變頻器的操控體系和操控技能發展很快，對電機非常好功能的操控需求功能更高的主控體系渠道。盡管新一代操控體系的高壓變頻器首要運用到風機、水泵的變頻驅動上，但它比曾經更牢靠、更能進步高壓變頻器的操控功能。