崔 益

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)城 048102 ）

1 概述

陽(yáng)城電廠水源地用水取自距廠址西南約6KM處的延河泉，比廠區(qū)標(biāo)高低220M，在保證率為97%的情況下最小日平均流量為2.1m3/h。補(bǔ)水管采用直埋方式敷設(shè)至廠區(qū)，共敷設(shè)兩條補(bǔ)水管，管徑為1000mm，管線長(zhǎng)9.8km，配置4臺(tái)補(bǔ)給水泵。取水升壓泵為英國(guó)生產(chǎn)的三級(jí)離心式取水升壓泵，流量2880m3/h，揚(yáng)程232m；原設(shè)計(jì)中在正常運(yùn)行的情況下，兩臺(tái)取水升壓泵運(yùn)行，兩臺(tái)泵備用，可以滿足廠區(qū)8臺(tái)機(jī)組生產(chǎn)用水及所有生活用水。

由于補(bǔ)給水泵出口壓力大，輸水管線較長(zhǎng)，落差較大，且地形復(fù)雜，補(bǔ)給水泵啟停時(shí)要產(chǎn)生水錘。為有效防止水錘影響，補(bǔ)給水泵出口門(mén)設(shè)計(jì)為液控緩關(guān)逆止閥，并在每條輸水管線上安裝有16組雙向排空閥。

2 改造原因

由于在建設(shè)初期設(shè)計(jì)的取水容量較大，在機(jī)組全部建成投產(chǎn)后,水源地的實(shí)際運(yùn)行工況是:兩臺(tái)取水升壓泵運(yùn)行,兩臺(tái)泵備用情況下,不但能夠滿足全廠生產(chǎn)用水及所有生活用水，而且還要有相當(dāng)水量的富余。因此必須進(jìn)行富余水量的排放工作，這必將會(huì)加大電廠的污水排污量,勢(shì)必造成了極大資源浪費(fèi)以及人力、財(cái)力、物力的的重大損失。由于在電廠建設(shè)初期的原設(shè)計(jì)中還沒(méi)有關(guān)于電機(jī)調(diào)速的相關(guān)設(shè)計(jì)成熟經(jīng)驗(yàn),對(duì)取水升壓泵電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)控設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)技術(shù)等綜合條件下十分不現(xiàn)實(shí),因此所有設(shè)計(jì)的四臺(tái)取水升壓泵電機(jī)全部為工頻運(yùn)行（50 Hz）方式設(shè)計(jì),不能進(jìn)行對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制及調(diào)節(jié)，因此也就不能對(duì)取水升壓泵的取水流量進(jìn)行有效的控制。這樣，顯然已不能滿足現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求.采取一種能夠有效控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及電機(jī)出力的方法是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵所在. 在這種情況下進(jìn)行變頻改造則會(huì)很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

3 變頻器簡(jiǎn)介

變頻器使用的是美國(guó)羅賓康公司設(shè)計(jì)制造的完美無(wú)諧波變頻器交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系列裝置，它為標(biāo)準(zhǔn)三相交流中壓感應(yīng)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。異步電機(jī)由于具有經(jīng)久耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。另一方面，同步電機(jī)應(yīng)用于對(duì)效率要求比較高的場(chǎng)合。然而，在由公用電網(wǎng)（60 或50Hz ）供電時(shí)，電機(jī)速度是固定的。完美無(wú)諧波系列變頻器可以在不影響電機(jī)性能的前提下進(jìn)行調(diào)速。變頻器通過(guò)將固定頻率、固定電壓的公用電源轉(zhuǎn)換為可變頻率、可變電壓的電源而改變電機(jī)速度，這種變換是電子式的，無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件。其現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行具有多方面的優(yōu)點(diǎn)：

3.1 該變頻器不會(huì)使工廠配電系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的諧波失真，不需要電源濾波器；對(duì)敏感設(shè)備無(wú)干擾，不會(huì)使功率因數(shù)補(bǔ)償電容器產(chǎn)生諧振問(wèn)題；

3.2 該變頻器的功率因數(shù)很高，在整個(gè)速度范圍內(nèi)典型值為95%或更高，無(wú)需進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償；

3.3 變頻器無(wú)需因輸出諧波而降低電機(jī)的任何額定值。與直接采用電網(wǎng)電壓相比，電機(jī)不產(chǎn)生額外熱量；

3.4 該系列變頻器不會(huì)產(chǎn)生引起機(jī)械共振的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；

3.5 該系列變頻器不會(huì)使電機(jī)噪音明顯增加；

3.6 該系列變頻器不會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣產(chǎn)生明顯影響。

4 系統(tǒng)介紹及現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題解決

4.1 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因變頻器裝置的實(shí)際占用空間較大,因此，在現(xiàn)有的6KV配電室進(jìn)行安裝的可能性幾乎不存在。綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際場(chǎng)地限制及控制方面等其他因素，最終決定單獨(dú)設(shè)置一變頻器裝置室,該室為已獨(dú)立房間設(shè)置,安裝于水源地6KV配電間于水源地控制中間空閑場(chǎng)地上.。變頻器裝置室室內(nèi)安裝變頻器裝置及其附屬刀閘柜,電纜采取地下電纜溝敷設(shè)方式。水源地的四臺(tái)取水升壓泵電機(jī)一共配置兩臺(tái)變頻器裝置，變頻器裝置與電動(dòng)機(jī)的連接形式采取地是“一拖二方式”，既一臺(tái)變頻器裝置拖動(dòng)兩臺(tái)連接于同一6kV母線段取水升壓泵的電機(jī)，同時(shí)變頻器柜附帶兩面電源進(jìn)線及電機(jī)出線刀閘柜，每一面刀閘柜連接一臺(tái)取水升壓泵電機(jī)的電源進(jìn)線、變頻器輸入輸出接線以及相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)出線，具體接線見(jiàn)下圖。其中K1為變頻器進(jìn)線刀閘；K2為變頻器出線刀閘；K3為旁路刀閘。K1、K2、K3間均有機(jī)械和電氣閉鎖。該種接線方式?jīng)Q定了連接于同變頻器單元運(yùn)行的兩臺(tái)取水泵的運(yùn)行方式為：

4.1.1 兩臺(tái)泵一臺(tái)泵變頻、一臺(tái)泵工頻運(yùn)行；

4.1.2 兩臺(tái)泵同時(shí)工頻運(yùn)行，但是有一種運(yùn)行方式不能實(shí)現(xiàn)，即兩臺(tái)泵不能同時(shí)變頻運(yùn)行。因此,這樣靈活的一次接線方式能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求.

4.2 二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.2.1 改造前，四臺(tái)取水升壓泵及所有開(kāi)關(guān)進(jìn)線的控制均設(shè)在水源地控制室，取水升壓泵的控制均由安裝于馬賽克控制屏控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制操作，并設(shè)有常規(guī)的聲光報(bào)警光字等。每臺(tái)泵的泵與閥門(mén)間的連鎖回路設(shè)在相應(yīng)的6KV開(kāi)關(guān)控制柜內(nèi)，由6KV開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)和一時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)。在改造前運(yùn)行方式中，取水升壓泵與出口蝶閥的連鎖關(guān)系是：

4.2.1.1 補(bǔ)給水泵啟動(dòng)后3秒，出口液控?fù)Q關(guān)逆止閥自動(dòng)開(kāi)啟

4.2.1.2 補(bǔ)給水泵停運(yùn)，出口液控緩關(guān)逆止閥自動(dòng)關(guān)閉

4.2.2 改造后，其控制仍然設(shè)在水源地控制室，安裝一臺(tái)管理機(jī)對(duì)變頻器進(jìn)行控制.原有控制只用于控制6KV開(kāi)關(guān)的合斷。另外變頻器起?？刂萍斑B鎖邏輯控制可由兩個(gè)途徑完成，采用那種方式可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。這兩種方式分別為：

4.2.2.1 全部由變頻器完成，即變頻器自身具有檢測(cè)轉(zhuǎn)速功能，同時(shí)還能夠針對(duì)某一轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集形成相應(yīng)的脈沖命令發(fā)出。該功能能夠?qū)崿F(xiàn)泵閥門(mén)連鎖邏輯功能。控制室只需安裝起?？刂泼姘寮纯蓪?shí)現(xiàn)，但該方案不能完成對(duì)變頻器一次系統(tǒng)狀況進(jìn)行監(jiān)視；各電氣設(shè)備、變頻器、出口蝶閥等故障報(bào)警的采集并上傳，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中存在實(shí)際安全隱患。采用該方案補(bǔ)充如上述功能后，方可滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。但該方式工作量小，實(shí)現(xiàn)容易，且方法簡(jiǎn)單。

4.2.2.2 第二種方式加裝一套PLC控制柜，即PLC采集變頻器轉(zhuǎn)速信號(hào)，根據(jù)所采集的信號(hào)的運(yùn)算由PLC發(fā)出相應(yīng)開(kāi)閥與關(guān)閥命令，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種電氣量非電氣量進(jìn)行采集，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一次系統(tǒng)斷路器、變頻器、刀閘狀態(tài)進(jìn)行畫(huà)面監(jiān)視；各一二次電氣設(shè)備、出口蝶閥等故障報(bào)警事故量的采集并在CRT畫(huà)面顯示及發(fā)出報(bào)警，該方式控制靈活，可以實(shí)現(xiàn)所需的功能。同時(shí)，該方案還可以為將來(lái)水源地控制進(jìn)PLC奠定初步基礎(chǔ)。經(jīng)綜合比較分析，我廠采用此方案。PLC與變頻器及出口蝶閥的連鎖邏輯關(guān)系為：

（1）停變頻器后，PLC須發(fā)關(guān)閥指令；

（2）PLC發(fā)關(guān)閥指令后，必須停變頻器；

（3）開(kāi)閥指令在87%轉(zhuǎn)速（1483*87%rpm）時(shí)發(fā)出，關(guān)閥指令在84%轉(zhuǎn)速（1483*84% rpm）時(shí)發(fā)出；

（4）開(kāi)閥、關(guān)閥信號(hào)都為長(zhǎng)信號(hào)，且互為閉鎖；

（5）在正常運(yùn)行情況下，若全開(kāi)信號(hào)突然消失，則應(yīng)保護(hù)停泵關(guān)閥；

（6）報(bào)警信號(hào)：轉(zhuǎn)速降至84%轉(zhuǎn)速（1483*84% rpm）報(bào)警。

4.2.3 在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行變頻器刀閘柜內(nèi)K1、K2、K3只有兩對(duì)輔助觸點(diǎn)，且其數(shù)量不能滿足控制畫(huà)面、邏輯輸出、電氣閉鎖等控制邏輯需求，且可靠性存在一定問(wèn)題。因此需在變頻器柜加裝一定數(shù)量的重動(dòng)繼電器回路來(lái)滿足該需要，結(jié)合電氣一次系統(tǒng)的接線方式，使得每組變頻器及刀閘輸出邏輯應(yīng)能夠滿足：

（1）區(qū)分變頻與工頻運(yùn)行方式，且兩種運(yùn)行方式互不影響；

（2）變頻改造后，工頻運(yùn)行方式時(shí)，原連鎖功能仍能夠?qū)崿F(xiàn)；

（3） 一變頻一工運(yùn)行方式下，變頻器保護(hù)跳閘應(yīng)正確動(dòng)作于相應(yīng)的6kV開(kāi)關(guān)；

（4）一變頻一工運(yùn)行方式下，開(kāi)閥關(guān)閥命令正確被相應(yīng)閥門(mén)所執(zhí)行，而不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

結(jié)語(yǔ)

以上是對(duì)我廠變頻改造的總體介紹。經(jīng)改造后，實(shí)際運(yùn)行，在變頻運(yùn)行方式下，一臺(tái)泵電壓降低約1KV，電流減小約40A，節(jié)省水源的同時(shí)，又能在節(jié)省電能上帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此方式值得推廣。

[1]空冷型完美無(wú)諧波系列新一代控制高壓器變頻器用戶手冊(cè). 2001.