凈水廠水泵機組變頻調(diào)速設(shè)計運行方案

一、前言         高壓變頻器的產(chǎn)業(yè)化在80年代中期才開始形成，但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，高壓變頻器十多年來的發(fā)展非常迅速，使用器件已經(jīng)從SCR、GTR、GTO發(fā)展到IGBT、IECT、IGCT（SGCT）等，功率范圍從幾百千瓦到幾十兆瓦，技術(shù)已經(jīng)成熟，可靠性得到保證，應(yīng)用越來越廣。                   　           吉林市某自來水有限公司在考察對比了國內(nèi)外多家高壓變頻器生產(chǎn)廠家后,決定選用深圳市科陸變頻器有限公司生產(chǎn)的CL2700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。CL2700系列高壓變頻器技術(shù)先進,可靠性高,輸出電壓波形好，并且已在電力、冶金、石化、市政供水、水泥等多個領(lǐng)域成功應(yīng)用，得到了用戶的普遍認可和市場的長久考驗。

二、工程概況         1998年建成二水廠（凈水廠）,于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(shè)計院和法國得利滿聯(lián)合設(shè)計。V型濾池用的設(shè)備（閥門、儀表、控制臺）材料，送水泵房的水泵，高壓10kV電機，中控室計算機系統(tǒng)及模擬屏、投影設(shè)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(nèi)外水廠考察調(diào)研，學(xué)習(xí)到了國內(nèi)外水廠的長處，積累了豐富的經(jīng)驗，尤其是時間已進入了二十一世紀(jì)，在設(shè)計三水廠時，必須以“高起點、上水平、創(chuàng)特色”為宗旨，厚積薄發(fā)，開拓創(chuàng)新，要設(shè)計、建設(shè)最好的水廠，讓市民滿意的水廠。

三、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(chǎn)規(guī)律所決定的。由于流量的變化從而影響到管網(wǎng)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(yīng)揚程決定的。而實際上每天內(nèi)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(yīng)流量的變化，許多泵站在運行中采取關(guān)小出口閘門的辦法來控制流量，從而造成出口閘門前后的壓力差值（少則多米，多則幾十米）就白白地浪費于閘門阻力上（如圖1）。

圖1：用水泵出口閘門調(diào)節(jié)水泵運行情況        

 圖2：調(diào)節(jié)水泵臺數(shù)和出口閘門適應(yīng)流量變化

        當(dāng)水泵臺數(shù)足夠多時，是可以很好地適應(yīng)水量變化的，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(yīng)水量變化，還需要用閘門來調(diào)節(jié)水量（如圖2）。          很多水廠切削水泵葉輪適應(yīng)工作點需要，因水泵工作點不連續(xù)照樣有能量損失。          為此，采用水泵機組無級調(diào)速技術(shù)，可連續(xù)地改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)，來變更水泵工況，使其流量與揚程適應(yīng)于管網(wǎng)用水量的變化，才能提高機組效率，維持管網(wǎng)壓力恒定，達到節(jié)能的效果。節(jié)能原理如圖3所示。

   圖3：水泵機組無極調(diào)速適應(yīng)流量變化       

 圖4：利用出口壓力控制水泵轉(zhuǎn)速

          為實現(xiàn)水泵機組隨用水量變化而自動調(diào)速，最直接的辦法是在管網(wǎng)最不利點處設(shè)遠傳壓力計，并設(shè)定壓力值。微機系統(tǒng)輸入的壓力信號按存放的程序改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)，達到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，遠傳信號不方便。采用泵站出口壓力和流量來控制水泵轉(zhuǎn)數(shù)是常用的辦法。當(dāng)管網(wǎng)確定之后，出口壓力應(yīng)是流量的函數(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(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)數(shù)。                  

四、系統(tǒng)方案設(shè)計                   1. 系統(tǒng)電氣設(shè)計                   1.1三水廠的凈水廠                                             根據(jù)實際工況要求設(shè)計主回路電氣結(jié)構(gòu)圖，選用CL2700高壓變頻器一拖一的成功方案。如圖5所示。一拖一的兩臺電機互為備用。

                圖5：一拖一方案

         以3#水泵為例說明，工作原理是由3個真空接觸器KM31、KM32、KM33以及2個高壓隔離開關(guān)QS31、QS32組成（如圖5），其中KM31、KM32、KM33為高壓真空接觸器，用于變頻和工頻的電動切換。QS31和QS32為高壓隔離開關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器檢修時拉開，用于電機工頻運行情況下對變頻器進行安全檢修。          特點：          1）可以實現(xiàn)工頻/變頻自動切換功能。在變頻器出現(xiàn)嚴重故障時，系統(tǒng)能夠自動切入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻器時，負載不用停機，滿足現(xiàn)場不能停機要求。           2）易實現(xiàn)四運兩備運行方式。即一臺變頻運行，三臺工頻運行，二臺工頻備用；四臺工頻運行，一臺工頻備用，一臺變頻備用。         1. 2某水廠的取水廠           選用CL2700型高壓變頻器一拖一的成功方案。如圖6所示。           以1#水泵為例說明，工作原理是由3個真空接觸器KM11、KM12、KM13以及2個高壓隔離開關(guān)QS11、QS12組成（如圖6），其中KM11、KM12、KM13為高壓真空接觸器，用于變頻和工頻的電動切換。QS11和QS12為高壓隔離開關(guān)，一般情況下處于合閘狀態(tài)，僅在變頻器檢修時拉開，用于電機工頻運行情況下對變頻器進行安全檢修。          高壓變頻器工作特點：          1）可以實現(xiàn)工/變頻自動切換功能。在變頻器出現(xiàn)嚴重故障時，系統(tǒng)能夠自動切入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻器時，負載不用停機，滿足現(xiàn)場不能停機要求。          2）易實現(xiàn)三運一備運行方式。即一臺變頻運行，二臺工頻運行，一臺工頻備用；三臺工頻運行，一臺變頻備用。