高壓變頻器在勝利油田供水公司耿井水廠給水泵中的應用

摘 要：本文著重介紹了國產多電平高壓變頻器在勝利油田供水公司耿井水廠的應用情況，應用結果表明，采用國產高壓變頻器對水廠的供水泵設備進行調速節能改造，具有較高的技術進步和經濟效益。
關鍵詞：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，設計日供水能力30萬噸，供水泵房配備了十臺水泵機組。其中1#、2#、3#、4#、5#、6#機組為550KW/6KV，7#、8#、9#、10#為355KW/6KV，改造前全部定速運行，通過調節水泵的出口閥門開度來調節水量，大量電能在閥門上白白浪費。為降低損耗，提高供水能力，水廠決定采用變頻器進行調速改造。

　　勝利油田供水公司經多方調研考察，認為風光牌JD-BP37型高壓變頻器為直接高-高、電壓源型變頻器，采用功率單元串聯方式，諧波少，功率因數高，適用于普通異步電機，有良好的人機界面，各項服務及時周到，有優異的性價比,最終我公司生產的風光牌JD-BP37型高壓變頻器受到供水公司的青瞇。

2．水廠設備概況

　　勝利油田供水公司耿井水廠決定3#、4#機組采用變頻調速改造，采用一拖二的形式，即高壓變頻器拖動3#、4#機組任一臺，當其中一臺機組運行到50Hz供水不足時，變頻器把當前機組切換到網電工頻運行，然后拖動另外一臺機組變頻運行。設備現場情況如圖1示。3#、4#機組為同型號機組，其中3#機組電機和水泵的主要參數如下：

1）水泵
型號 RDL500
額定流量 3000m3/h
額定揚程 49m
額定軸功率 550KW
額定效率 83%
額定轉速 970rpm

2）電機
型號 JSQ458-6
額定功率 550KW
額定電壓 6KV
額定電流 64A
額定功率因數 0.89
額定轉速 985rpm

3.風光牌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的風光牌JD-BP37-550F高壓變頻器一拖二控制系統對3#、4#水泵機組作調速改造。以下是對風光牌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:
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 ±20%
輸入功率因數 ≥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 160%連續1min 220%允許1.5S

3.2 JD-BP37-550F高壓變頻器主要技術性能

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濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜絕緣無損害。

3.2.2 輸入功率因數高，電流諧波小，無須功率因數補償、諧波抑制裝置。

3.2.3 單元電路模塊化設計，維護簡單，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，強弱電隔離，安全可靠。

3.2.6 完善的故障檢測，精確的故障保護及準確的定位顯示和報警。

3.2.7 內置PLC，易于改變控制邏輯關系，可靈活選擇現場控制/遠程控制，適應現場多變需求。

3.2.8 采用載波移相控制技術，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立，無高壓可以檢測變頻器輸出，便于現場調試以及培訓操作人員，便于維護。

3.2.10 采用準優化SPWM調制技術，電壓利用率高。

3.2.11 功率單元經24小時高溫老化、150％負載試驗，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。用戶操作監控系統界面十分友好和完善，系統包括上位機（商用PC機）、下位機（工控機）、單片機。其中單片機給用戶提供一個4位LED數碼顯示屏和一個12鍵的小鍵盤操作平臺，可對變頻器進行全部操作，包括參數設置和各種運行指令。工控機用觸摸屏和通用鍵盤給用戶提供操作平臺，其功能更齊全，包括參數設定、功能設定、運行操作、運行數據打印、故障查詢等等。上位機（商用PC機）放在總控室，可對多臺變頻器進行遙測、遙控。若只有一臺變頻器，上位機可省，或讓客戶自定。

3.2.13 可接收和輸出多路工業標準信號。

3.2.14 可打印輸出運行報表。

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。

變頻器在啟動水泵以前,會自動判斷真空度的值,如果沒有真空度或沒有達到要求,變頻器會提供報警信號,并拒絕啟動水泵。

2） 配置工頻旁路。

變頻提供手動旁路開關,使水泵機組既可變頻運行,又可工頻運行。

3） 具有“本地”及“遠程”兩種工作方式。

根據用戶的需要,既可以在變頻器旁開停操作及調節參數,也可在遠程的控制室通過人機界面對水泵進行控制。

4） 具有閥門聯動功能。

在開泵和停泵的過程中,值班人員無需再對閥門進行任何操作,減輕了工人的勞動強度,實現開停泵的全部自動化。

5） “一拖二”控制功能。

該系統一拖二控制具有手動和自動兩種運行方式，并設置遠程控制還是就地控制，旋轉電機選擇3#、4#，指示即為優先拖動目標。

⑴手動方式

①如果選擇“手動轉換”、“遠程控制”，則按以下步驟操作。以優先選擇3#泵為例，檢測3#泵真空度是否滿足要求。如果其真空度滿足要求，按“轉變頻”按鈕，相應電機的接觸器吸合，變頻器在人機界面上確認3#泵處于變頻待機狀態。可根據用戶的需要開機運行，同時人機界面上的運行指示燈有灰色變為綠色，3#泵的電磁閥開關相應打開。

②變頻器按給定壓力自動調節頻率，如果變頻器頻率升至50Hz后管網壓力還是低，延時一段時間后，給出壓力低轉工頻報警，操作人員經檢查管網壓力確實低，并符合轉工頻的條件，則按“轉工頻”按鈕，變頻器將3#泵轉至工頻運行。

③然后操作人員檢查確認4#泵是否可以啟動，若可以啟動，則按“轉變頻”按鈕，變頻器拖動4#泵變頻運行。若不需要轉工頻，則只將“報警消音”按鈕按下，消除報警。

④當管網壓力高時，變頻器頻率運行在下限頻率40Hz（可調），延時一段時間后，給出壓力高報警信號。

⑤操作人員經檢查管網壓力確實高，關閉3#泵，由4#泵變頻運行維持恒壓供水。

⑵自動方式

在自動運行時，首先優先選擇3#、4#泵，如果3#泵出現故障，則通過人機界面在線修改該水泵的狀態，把3#泵設為故障狀態，則系統啟動時，自動不啟動3#泵。以優先選擇3#泵為例，如果3#泵正常，如果其真空度滿足要求，則3#泵變頻運行。同時，打開3#泵的電磁閥，通過壓力變送器檢測壓力的大小，PLC經過PID運算，控制變頻器的輸出頻率，從最低頻率開始上升；如果管網壓力低,變頻器運行頻率上升至50Hz，給出壓力低轉工頻報警；如果管網壓力一直低于設定壓力,延時一定時間后，將3#泵切換到工頻運行，再啟動4#泵，直至滿足供水需求。如果用水量減少，管網壓力升高，則PLC控制變頻器的輸出頻率，降低頻率減少出水量，穩定管網壓力。如果變頻器的運行頻率在下限頻率40Hz（可調），則系統壓力高報警，同時PLC開始壓力高計時，如果管網壓力降低，則取消計時，如果管網壓力一直高于設定壓力，延時一定時間后，根據先投先停的原則，PLC將先關閉正在運行的投入時間最長的泵的電磁閥，再關閉該泵，直至維持管網壓力達到設定值，這樣依次類推。系統控制一拖二原理框圖如下示：

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

KA0 變頻器高壓開關
KA1 、KA2 原3#和4#泵高壓開關
KY1～KY4 高壓真空接觸器
M1 3#水泵電機
M2 4#水泵電機
KY2不能和KY1或KY3同時吸合,KY3不能和KY4或KY2同時吸合。

5．項目實施情況

2005年6月6日，勝利油田供水公司與山東新風光電子科技發展有限公司正式簽定變頻器的供貨合同和技術協議。
2005年8月6日，變頻器運抵用戶現場。
2005年9月1日至5日，變頻器本體安裝。
2005年9月6日，變頻器空載調試。
2005年9月7至9日，變頻器帶載運行調試。
2005年9月10日至13日，變頻器試運行。
2005年9月14日，變頻器正式交接、驗收。

6．變頻器運行情況

從變頻器投入運行的應用效果來看，完全達到了用戶進行水泵變頻改造的目的，較改造前其優越性體現于：

（1） 操作簡便,易于觀察。

變頻器運行時的所有數據及運行狀態在上位機顯示屏都可顯示,如運行頻率,輸入電壓,輸入電流,輸出電壓,輸出電流,開閉環,壓力值等。上位機顯示屏操作簡單明了，觀察方便。

（2）變頻器運行穩定,性能良好。

風光牌JD-BP37-550F高壓變頻器投入運行以來,運行穩定,轉速調節平滑可靠,電壓和電流正常,沒有出現異常現象。

（3）減輕了值班人員的勞動強度。

由于變頻器具有閥門聯動功能,隨著供水水量的變化, 值班人員在值班時通過微機遠程監控系統進行操作,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,用戶只需根據實際供水需要設定所需壓力，變頻器自動恒壓運行，壓力設定方便，精確穩定，保證管網穩定運行，提高了供水質量。

（5）降低了維護費用。

由于變頻器對電機實現軟啟動，啟動電流小，對水泵機組沒有任何機械沖擊，相應地延長了水泵、電機及閥門的使用壽命，大大降低了維護工作量和維護成本。

（6）節電效果明顯。

在勝利油田供水公司耿井水廠，目前采用多臺水泵并聯供水方式，水廠供水量采用閥門開度大小的方式進行調節，水廠改造前一般采用二到三臺水泵工頻并網向市區供水。用這種供水方式運行的2005年8月，千噸水耗電指標為140.6度，采用了變頻器改造后，2005年10月，千噸水耗電指標為124.3度，綜合電耗指標下降了11%左右。經過測算，不到兩年即可收回成本。

7．結束語

總之，山東新風光電子科技發展有限公司生產的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速改造中應用是成功的，它不僅滿足了供水流量調節的需要，降低了供水成本,提高了供水水平,而且性能穩定，運行可靠，可以在類似的應用場合全面推廣應用。

參考文獻

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[2]山東新風光電子JD-BP37-550F高壓變頻調速系統勝利油田供水調試大綱。
[3]山東新風光電子JD-BP37-550F高壓變頻調速系統勝利油田供水驗收報告。
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[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用。變頻器世界，2005（11）

作者簡介： 尹彭飛（1974-），男，畢業于東北大學，任山東新風光電子科技發展有限公司副總工。
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公司：山東新風光電子科技發展有限公司
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