污水站水泵變頻改造

張文斌

（龍宇能源股份有限公司車集選煤廠，河南 永城 476600）

河南龍宇能源股份有限公司車集選煤廠設(shè)計入洗能力180萬t/年，采用“跳汰+浮選”聯(lián)合工藝流程，經(jīng)技術(shù)改造后現(xiàn)入洗量300萬t/年。其中污水站用電回路屬于中壓系統(tǒng)，部分凈化水由2臺單級雙吸泵輸給煤化工企業(yè)，每臺額定功率400kW，年耗電量約80萬kW·h。由于水泵負(fù)載多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需要選型，實際應(yīng)用功率裕量較大，耗能嚴(yán)重。為節(jié)能降耗，選煤廠對單機雙吸泵進行了變頻調(diào)速改造。

一、變頻調(diào)速的效果

水泵的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速平方成正比，功率和轉(zhuǎn)速立方成正比。所以，只要平均轉(zhuǎn)速稍微降一點，負(fù)載功率就下降很多，從而達(dá)到節(jié)能效果。單機雙吸泵由電機直接帶動，轉(zhuǎn)速恒定，靠閘閥調(diào)節(jié)水量，造成能源浪費，且啟動電流沖擊電網(wǎng)，設(shè)備振動及水泵有“水錘”現(xiàn)象。采用變頻調(diào)速，可根據(jù)需要方便的控制速度，節(jié)能效率接近40%，且變頻器可實現(xiàn)電機的軟啟軟停，避免了啟動時對電網(wǎng)的沖擊，減少了電機故障率，延長使用壽命，降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗，消除了水泵驟停產(chǎn)生的“水錘效應(yīng)”。

二、變頻調(diào)速原理和變頻器的結(jié)構(gòu)

從異步電動機轉(zhuǎn)速公式n=60f/P可知：保持極對數(shù)不變，把電網(wǎng)50Hz恒定頻率的交流電變成可調(diào)頻率交流電，供給普通的交流異步電動機作電源用。變頻器主電路包括整流單元、高容量電容、逆變器和控制器等，其中整流單元將交流電變換成直流電。高容量電容儲存轉(zhuǎn)換后的電能。逆變器是由大功率開關(guān)晶體管陣列組成的電子開關(guān)把直流電轉(zhuǎn)換成不同頻率、寬度、幅度的方波?？刂破靼丛O(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度和脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電驅(qū)動電機工作。

三、實施方法

單機雙吸泵主要技術(shù)參數(shù)：流量Q=1 792m3/h，揚程63m，轉(zhuǎn)速1 480r/min，氣蝕余量5.8m，匹配電機功率400kW，電機型號Y4002-4，額定電壓6 000V，頻率50Hz，額定電流47.61A，轉(zhuǎn)速1 485r/min，功率因數(shù)0.80。

對2臺泵變頻調(diào)速改造采用SIEMENS變頻系統(tǒng)，其中核心部件變頻器，選用了羅賓康完美無諧波6SR3502-6(450kW，70A，6kV/6kV，IP31)變頻器柜及U11功率單元旁路，配套國產(chǎn)高壓全自動工頻旁路柜和高壓全自動斷路器柜。2臺泵由1臺變頻器以“一拖二”方式進行控制，通過轉(zhuǎn)換控制設(shè)備和旁路設(shè)備，實現(xiàn)開停機、調(diào)速、變頻和工頻切換等操作。變頻器出現(xiàn)故障時可采用工頻運行方式，保證不停產(chǎn)。

四、6SR3502-6變頻控制柜操作方式

該變頻控制柜具有就地和遠(yuǎn)程2種操作方式，同時為了防止因變頻器故障而造成電機停止，備有工頻旁路。

1.具備“就地遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換開關(guān)。2.具備“變頻工頻”轉(zhuǎn)換開關(guān)。

3.遠(yuǎn)程與就地控制功能互鎖。

4.變頻控制與工頻控制功能互鎖。

5.就地變頻控制時的頻率通過調(diào)速電位器進行調(diào)節(jié)。

6.當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，變頻故障指示燈亮，記下變頻故障代碼，可通過變頻器面板或重啟變頻器進行故障復(fù)位，然后進行重啟，若故障仍無法排除，向廠家尋求技術(shù)支持。

五、變頻器維護保養(yǎng)注意事項

1.觀察工作電流是否超過變頻器、電機的容許電流及三相電流是否平衡。

2.觀察電源電壓變化。

3.檢查變頻器、電抗器的發(fā)熱情況及有無異常聲音、振動、氣味。

4.檢查變頻器的通風(fēng)情況，防止風(fēng)道堵塞，冷卻風(fēng)扇有無異常振動和噪聲，并保持變頻器的清潔狀態(tài)。

5.觀察操作面板、儀表顯示、指示燈有無異常情況。

6.檢查各連接部位有無松動、電器元件是否過熱，斷路器、交流接觸器、按鈕、調(diào)速電位器是否完好靈敏可靠。

7.維護操作應(yīng)在斷開電源10min后進行，此時充電指示燈熄滅，避免觸電危險。

六、變頻器故障原因分析

1.過電流跳閘。

(1)重新啟動時一升速就跳閘，原因如下：

①負(fù)載側(cè)短路；②工作機械卡?。虎勰孀児軗p壞；④電機啟動轉(zhuǎn)矩過小，拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來。

(2)重新啟動時不跳閘，運行中跳閘，可能原因如下：

①升速時間設(shè)定太短；②降速時間設(shè)定太短；③轉(zhuǎn)矩補償(U/f)設(shè)定較大，引起低頻時空載電流過大；④電子熱繼電器整定不當(dāng)，動作電流設(shè)定太小，引起誤動作。

2.電壓跳閘的原因分析。

(1)過電壓跳閘，原因如下：

①電源電壓過高；②降速時間設(shè)定太短；③降速時再生制動的放電單元工作不理想。

(2)欠電壓跳閘，可能原因如下：

①電源電壓過低；②電源缺相；③整流橋故障。3.電機不轉(zhuǎn)。

(1)功能預(yù)置不當(dāng)，再預(yù)置注意事項如下。

①上限頻率必須大于基本頻率的預(yù)置值；②使用外接給定時，未對“鍵盤給定/外接給定”的選擇進行預(yù)定；③其他不合理預(yù)置；④啟動信號未接通。

(2)其他：變頻器電路故障、電動機啟動轉(zhuǎn)矩不夠、機械有卡住現(xiàn)象等。

七、變頻改造效果評價

1.變頻啟動對電網(wǎng)無沖擊，單級雙吸泵投入變頻啟動時，軟啟動功能避免了啟動電流沖擊。

2.按需無級調(diào)節(jié)輸水量，保證給水效率，避免了浪費。

3.調(diào)節(jié)操作簡單方便，無須調(diào)節(jié)閘閥控制。

4.可根據(jù)需要選擇工頻、變頻運行方式。

5.節(jié)能效果明顯，投入變頻運行，設(shè)備不再處于滿負(fù)荷狀態(tài)，節(jié)能率達(dá)30%以上。

八、變頻改造效益分析

變頻器投運后，應(yīng)用效果較理想。以0.8為標(biāo)準(zhǔn)值的功率因數(shù)調(diào)整電費表，選煤廠供水時間約10h/d，月均運行28d，按國家規(guī)定的用電峰谷時段，綜合電價為0.694 6元。

1.經(jīng)濟效益分析。以單臺泵開機為參考，投入變頻裝置后，功率因數(shù)提高到0.95，功率因數(shù)0.8增收電費3%、功率因數(shù)0.95減收電費1.1%，月節(jié)省電費3 189.6元。

2.變頻節(jié)能效益。水泵變頻前運行電流39A，變頻后29A，年節(jié)電20.16萬kW·h，折合成標(biāo)煤約為24.78t，節(jié)省電費約14萬元。

[1]張文斌.基于變頻調(diào)速技術(shù)在選煤廠循環(huán)水泵的改造應(yīng)用[J].煤礦機械，2013，(07)：176-177.