張紅斌

（西安迪飛科技有限責(zé)任公司 陜西 西安 710018）

定邊供水續(xù)建工程是陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃續(xù)建陜西專用工程，主要解決革命老區(qū)定邊縣縣城及周邊9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)29萬人、20萬頭牲畜用水問題，并為榆林能源化工工業(yè)供水。續(xù)建工程中涉及省外三座舊泵站的升級改造工作，為了能夠達(dá)到節(jié)約能源，降低運(yùn)行成本，提高運(yùn)行效率，降低人員勞動強(qiáng)度的目的，三座泵站分別增加一套變頻機(jī)組設(shè)備，希望在實際運(yùn)行中利用成熟的變頻技術(shù)實現(xiàn)恒流量供水，減少頻繁啟停其他機(jī)組產(chǎn)生的水錘對輸水管道的沖擊。

1 系統(tǒng)簡介

定邊供水續(xù)建工程中的三座老舊泵站的系統(tǒng)改造中，均是在原有泵站機(jī)組配置的基礎(chǔ)上，拆除一套老舊機(jī)組，并在原有位置安裝變頻機(jī)組，實現(xiàn)工頻機(jī)組和變頻機(jī)組在抽水過程中的配套使用。未改造前是五臺機(jī)組輪流啟動，根據(jù)前池水位的變化啟動或者停止相應(yīng)的水泵機(jī)組，保證前池水位基本穩(wěn)定。系統(tǒng)根據(jù)前池水位的采集數(shù)據(jù)自動的改變變頻器機(jī)組的頻率輸出，從而達(dá)到泵站的恒流量送水。

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 工作原理

正常的電機(jī)轉(zhuǎn)動時電壓和頻率是很定不變的，因此輸出功率也是恒定不變的，但是變頻器的作用就是將作用在電機(jī)上的電壓、頻率轉(zhuǎn)換成可以在運(yùn)行過程中改變的裝置。要想改變頻率，就必須將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后再把直流電轉(zhuǎn)換成電機(jī)運(yùn)行所需要的交流電，在這個工程中改變輸出交流電的頻率，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機(jī)初始狀態(tài)時以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負(fù)荷。

由于變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，因此廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，為了降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率，變頻器的應(yīng)用將在這些方面逐漸體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。

2.2 變頻器的主要作用

變頻器廣泛應(yīng)用于水利、電力、煤礦、化工等多種場合，但是總結(jié)下來，變頻器在各種應(yīng)用環(huán)境下主要還是起到以下幾方面的作用：

(1)保護(hù)設(shè)備。正常情況下當(dāng)電機(jī)直接工頻啟動時，將會產(chǎn)生很大的電流，這個電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓狀態(tài)下啟動，減少電機(jī)繞組電應(yīng)力，電機(jī)可以從0赫茲的頻率慢慢啟動到所需要的頻率狀態(tài)下工作，降低瞬間電流沖擊，保護(hù)電機(jī)，延長電機(jī)使用壽命。

(2)保護(hù)供電線路。當(dāng)電機(jī)工頻啟動時，瞬間電流將會很大，線路電壓也會大幅度波動，電壓波動的幅度取決于啟動電機(jī)的額定功率大小和配電線路的容量。電壓波動將會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備故障跳閘或工作異常，如站用計算機(jī)、其它電機(jī)、交流接觸器等出現(xiàn)異常故障，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)等事故。而采用變頻調(diào)速后，由于電機(jī)可以從零頻零壓時根據(jù)需求逐步啟動到合適的頻率位置，則能最大程度上消除電壓下降

(3)高效節(jié)能。變頻調(diào)速能在零速啟動并按照用戶的需要進(jìn)行均勻地加速，用戶可運(yùn)用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程，并能根據(jù)工藝過程迅速改變，還能通過P L C等遠(yuǎn)程控制設(shè)備實現(xiàn)P I D控制，根據(jù)工藝需求更加合理的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及頻率，從而有效的降低能耗，提高生產(chǎn)效率。

3 變頻器在引調(diào)水工程中的應(yīng)用及作用

圖1 變頻器調(diào)節(jié)原理圖

本次工程共涉及三座泵站的改造工作，均完成老舊抽水機(jī)組的拆除及新的變頻機(jī)組的安裝調(diào)試。變頻機(jī)組安裝主要分為兩個部分：變頻電機(jī)安裝和變頻器控制柜安裝。變頻電機(jī)安裝：首先將老舊工頻水泵電機(jī)拆除，并根據(jù)新的變頻電機(jī)的安裝要求重新處理安裝基座，將新的變頻電機(jī)與水泵校對安裝，使電機(jī)轉(zhuǎn)軸與水泵葉輪在同一水平線上。變頻器控制柜安裝：安裝于值班室，由變頻器和輔助元器件完成控制回路的功能，變頻電機(jī)的調(diào)頻調(diào)速功能就是通過變頻控制柜完成。

變頻電機(jī)和變頻器控制柜共同完成變頻機(jī)組的調(diào)頻調(diào)速功能，本次泵站的變頻機(jī)組安裝完成后，主要完成功能如下：

泵站前池安裝的超聲波液位計實時監(jiān)測前池液位數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給變頻器，變頻器通過前池當(dāng)前液位與設(shè)定液位的作差比較，通過P I D調(diào)節(jié)方式，改變變頻器的輸出頻率，從而控制變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此改變水泵的抽水能力。根據(jù)變頻機(jī)組的這種功能，工作人員可以設(shè)定前池液位期望值，變頻機(jī)組將自動根據(jù)前池當(dāng)前液位和設(shè)定期望值不斷比較，調(diào)節(jié)輸出頻率，從而控制實際液位快速達(dá)到設(shè)定液位值，并實時調(diào)節(jié)，保證前池水位的穩(wěn)定，保證輸水過程中的穩(wěn)定安全。

根據(jù)本次泵站工藝流程，變頻機(jī)組的工作方式主要分為以下幾部分：

（1）變頻器實時采集泵站前池液位的變化（P V）。

（2）變頻器根據(jù)工程運(yùn)行需求設(shè)定液位（S V）。

（3）變頻器通過采集的前池液位數(shù)據(jù)和設(shè)定液位數(shù)據(jù)作差比較，通過P I D調(diào)節(jié)技術(shù)改變變頻器當(dāng)前輸出頻率，從而改變變頻機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行頻率，達(dá)到改變水泵轉(zhuǎn)速的功能。

（4）當(dāng)前池液位大于設(shè)定液位時，變頻器通過P I D調(diào)節(jié)技術(shù)增大變頻機(jī)組頻率輸出，從而增加變頻機(jī)組抽水能力，使當(dāng)前水位（P V）盡快降低至設(shè)定液位（S V）附近。當(dāng)前池液位大于設(shè)定液位時，變頻器通過P I D調(diào)節(jié)技術(shù)減小變頻機(jī)組頻率輸出，從而降低變頻機(jī)組抽水能力，使當(dāng)前水位（P V）盡快上升至設(shè)定液位（S V）附近。

不管是降低變頻機(jī)組輸出頻率還是增加變頻機(jī)組輸出頻率，目的都是通過改變變頻機(jī)組的輸出頻率來調(diào)節(jié)變頻機(jī)組的輸水能力，從而調(diào)節(jié)前池液位的相對穩(wěn)定。

變頻器調(diào)節(jié)原理圖如圖1所示。

變頻機(jī)組的安裝一定程度上保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定供水，在節(jié)能、恒定供水等方面發(fā)揮了很大的作用。

但是，在整個系統(tǒng)運(yùn)行的過程中發(fā)現(xiàn)，由于上一級泵站通過泵揚(yáng)程將水送往下一級泵站，泵站之間的高程落差一般在三四十米，水流在這種斜坡向上的管道中不進(jìn)則退，因此，在變頻機(jī)組運(yùn)行時，變頻機(jī)組必須用一部分的轉(zhuǎn)速頻率去克服水流倒流，這樣本來是0～50Hz的調(diào)節(jié)范圍，就會因為克服水流自重而消耗大部分的頻率，用于調(diào)節(jié)的頻率就很少了。而且，如果頻率過低，將有可能導(dǎo)致管道不上水，電機(jī)毫無意義的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致能源的浪費(fèi)！綜上原因，對于變頻器的應(yīng)用，還是應(yīng)該從各個方面考慮實際的應(yīng)用場合，在充分發(fā)揮變頻的各種優(yōu)勢的同時要更多的考慮泵后有很高揚(yáng)程管道的這種復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用，在實際工程中充分發(fā)揮變頻技術(shù)的優(yōu)越性和先進(jìn)性。

4 結(jié)語

本次系統(tǒng)改造完成后的機(jī)組配置，結(jié)構(gòu)合理，技術(shù)先進(jìn)，實現(xiàn)了各個泵站抽水過程中的自動調(diào)節(jié)功能，降低了運(yùn)行成本，達(dá)到了本次改造的設(shè)計要求。

隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的變頻設(shè)備將應(yīng)用于水利行業(yè)的各種工業(yè)環(huán)境，不同的生產(chǎn)工藝對變頻的應(yīng)用將提出更高要求，因此在變頻選擇時需要我們更加詳細(xì)的分析所選擇的變頻設(shè)備如何能夠在實際生產(chǎn)中發(fā)揮最大的作用。