基于鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程的高壓變頻器實(shí)際應(yīng)用探索

蘇亮

摘要：本文通過介紹鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程應(yīng)用的高壓變頻設(shè)備，以實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)，在變頻器設(shè)計(jì)選型、安裝調(diào)試、機(jī)組運(yùn)行和日常維護(hù)等方面歸納總結(jié)，提出改進(jìn)意見和注意事項(xiàng)，為用好變頻設(shè)備，推廣變頻技術(shù)和工程實(shí)際運(yùn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：變頻器;應(yīng)用;泵站

0引 ?言

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使變頻器在調(diào)速范圍、驅(qū)動(dòng)能力、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸出性能、功率因數(shù)、運(yùn)行效率及使用的方便性等方面得到極大的改善和提高，變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。在水利行業(yè)，常見許多低壓泵站應(yīng)用變頻技術(shù)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)和水壓調(diào)節(jié)，在10KV供電的高揚(yáng)程泵站，應(yīng)用變頻技術(shù)對(duì)臥式離心泵機(jī)組進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行的是十分罕見的。2017年，鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程更新改造中安裝使用的12臺(tái)西門子完美無諧波高壓變頻器，有效解決了梯級(jí)泵站間流量不平穩(wěn)、水量調(diào)節(jié)依靠頻繁開停機(jī)、高揚(yáng)程長(zhǎng)距離壓力管道水泵機(jī)組無法直啟等問題，滿足了工程供水生產(chǎn)需要。

1變頻器結(jié)構(gòu)和控制模式

1.1變頻器結(jié)構(gòu)。西門子完美無諧波高壓變頻器的結(jié)構(gòu)包括變壓器部分、功率單元部分、控制單元三大部分及配套旁路柜，其中，變壓器部分主要包括電源端的連接、強(qiáng)制空冷的干式變壓器和苯乙烯塑料擋風(fēng)板，功率單元部分包括750V功率單元組件、6脈沖二極管整流器和熔斷器，控制部分包括西門子控制器、UPS電源、控制用輔助電源和SIMATIC鍵盤人機(jī)接口等，配套旁路柜包括主電源回路的高低壓隔離開關(guān)、真空接觸器和旁路真空接觸器等。

1.2變頻控制模式。高壓變頻器接入電動(dòng)機(jī)電源回路后，運(yùn)行時(shí)會(huì)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，繼而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了水泵在不同工況下的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了水泵的水量調(diào)節(jié)。10KV高壓電通過母線送至機(jī)組真空斷路器，然后經(jīng)變頻器高壓側(cè)隔離開關(guān)、真空接觸器傳輸至高壓變頻器，經(jīng)變頻器變頻后，經(jīng)低壓側(cè)真空接觸器、隔離開關(guān)輸出至電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)改變頻率運(yùn)行。

1.3旁路運(yùn)行模式。為避免變頻器故障后水泵機(jī)組不能正常使用，保證供水的連續(xù)性，通過配套旁路柜，當(dāng)變頻器故障時(shí)，可根據(jù)需要停運(yùn)水泵機(jī)組，切換到旁路運(yùn)行后實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的工頻運(yùn)行。10KV高壓電通過母線送至機(jī)組真空斷路器，然后經(jīng)旁路柜的真空斷路器直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行。

2變頻器應(yīng)用建議

2.1變頻器設(shè)計(jì)選型和安裝調(diào)試改進(jìn)意見

（1）變頻器可控性和安全性應(yīng)增強(qiáng)。一是變頻器手動(dòng)隔離刀閘和接觸器可采用真空斷路器進(jìn)行替代，在滿足自動(dòng)化控制需要的同時(shí)，杜絕了手動(dòng)隔離刀閘操作不方便、電磁鎖易壞的問題;二是應(yīng)增加CF存儲(chǔ)卡防插拔設(shè)施，避免保存變頻器基本參數(shù)的CF卡帶電插拔;三是應(yīng)增加柜門防誤開裝置，保證變頻器待機(jī)狀態(tài)下無法打開功率單元柜門和變壓器柜門;四是應(yīng)增加閉鎖裝置，保證變頻器風(fēng)機(jī)未工作狀態(tài)下，無法給變頻器送中壓電。

（2）變頻器與附屬設(shè)備的聯(lián)動(dòng)性應(yīng)增強(qiáng)。變頻器整體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)變頻器本體與高低壓側(cè)接觸器、電源側(cè)斷路器的聯(lián)動(dòng)分閘功能及出水液控蝶閥的聯(lián)動(dòng)關(guān)閥功能，避免變頻器運(yùn)行過程中發(fā)生故障后造成機(jī)組倒轉(zhuǎn)。變頻器運(yùn)行過程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)異常聯(lián)動(dòng)，避免誤操作或設(shè)備故障使得輸入頻率、功率過低時(shí)水泵機(jī)組低速運(yùn)轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)，出水液控閥門未及時(shí)關(guān)閉造成機(jī)組倒轉(zhuǎn)，損壞設(shè)備，例如，鹽環(huán)定二泵站2#、4#機(jī)組液控閥“關(guān)閥”的聯(lián)動(dòng)條件為運(yùn)行頻率低于43Hz、流量為0m?/s、電機(jī)功率低于900KW。

（3）變頻器報(bào)警信號(hào)輸出全面性應(yīng)改進(jìn)。設(shè)備故障信號(hào)輸出分類不滿足需要。西門子變頻器故障時(shí)，通信端口輸出的故障信號(hào)未分類，自動(dòng)化接受的故障信號(hào)顯示單一，故障信號(hào)需到變頻器控制柜人機(jī)界面查看。因此，根據(jù)變頻器運(yùn)行使用需要，變頻器報(bào)警信號(hào)輸出應(yīng)滿足全面性需要，應(yīng)輸出故障詳細(xì)信息，以便于自動(dòng)化采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控需要。

2.2變頻水泵機(jī)組運(yùn)行需滿足以下要求

（1）變頻機(jī)組調(diào)頻范圍要求。設(shè)備調(diào)頻范圍需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況確定。變頻器理論調(diào)頻范圍為0-50Hz，但在水泵機(jī)組正常運(yùn)行過程中，低于一定頻率時(shí)，水泵不出水、振動(dòng)和噪音增大，因此需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況確定變頻器調(diào)頻范圍。要達(dá)到水泵出水、能耗低、效率高的目標(biāo)，需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況測(cè)算變頻調(diào)頻范圍。按照一定的頻率步長(zhǎng)調(diào)節(jié)頻率，待水泵運(yùn)行穩(wěn)定后記錄運(yùn)行電氣量參數(shù)和水泵揚(yáng)程、流量、振動(dòng)等數(shù)據(jù)，通過計(jì)算分析水泵機(jī)組在各頻率下的效率和能源單耗，確定水泵安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的變頻器調(diào)頻范圍。鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程泵站確定的變頻機(jī)組調(diào)頻范圍為，二泵站2#、4#變頻機(jī)組，三泵站3#、5#變頻機(jī)組，六泵站1#、3#變頻機(jī)組調(diào)頻范圍為46Hz～50Hz;四泵站3#、5#變頻機(jī)組調(diào)頻范圍為43Hz～50Hz;五泵站4#、8#調(diào)頻范圍為44Hz～50Hz;二泵站7#灌溉泵、六泵站6#灌溉泵調(diào)頻范圍為40Hz～50Hz。

（2）變頻機(jī)組與其他機(jī)組的配合要求。西門子完美無諧波變頻器是電壓源型變頻器，變頻器中直流環(huán)節(jié)采用電容為電動(dòng)機(jī)提供無功電流，不需要與電網(wǎng)進(jìn)行交換，因此在整個(gè)速度范圍段內(nèi)功率因數(shù)能夠保持在0.95以上不變，有效補(bǔ)償了系統(tǒng)功率因數(shù)需要，降低了電能無功損耗。異步變頻機(jī)組與同步工頻機(jī)組、異步工頻機(jī)組配合使用，能夠保證泵站整體運(yùn)行過程中，功率因數(shù)滿足電網(wǎng)0.9以上的需要，同時(shí)又能保證不會(huì)過補(bǔ)償。

（3）應(yīng)用變頻機(jī)組為壓力管道充水要求。在泵站投運(yùn)過程中，空管道開機(jī)需要首先開啟變頻機(jī)組，并以30Hz的頻率開始運(yùn)行，同時(shí)控制出水閥門開度，避免機(jī)組和管道振動(dòng)過大。隨著管道充水進(jìn)度的不斷完成，根據(jù)閥后壓力監(jiān)測(cè)判斷充水高度，相應(yīng)調(diào)節(jié)變頻機(jī)組頻率和閥門開度，保證充水的持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，直至管道充水達(dá)2/3揚(yáng)程后，完全調(diào)頻至工頻運(yùn)行，并完全打開出水閥門，運(yùn)行至壓力管道正常出水。應(yīng)用變頻機(jī)組為高揚(yáng)程長(zhǎng)距離壓力管道進(jìn)行初充水，能夠有效避免機(jī)組直啟過載現(xiàn)象，同時(shí)降低機(jī)組、壓力管道振動(dòng)幅度和頻次，減少水泵機(jī)組、壓力管道故障發(fā)生。

2.3變頻器日常維護(hù)要注意以下情況

（1）變頻器環(huán)境要求。變頻器本體清潔無雜物，室內(nèi)環(huán)境溫度0-40℃范圍內(nèi)，最好能夠控制在25℃左右，濕度不超過80%，且無凝結(jié)或水霧，滿足設(shè)備運(yùn)行要求。

（2）變頻器進(jìn)風(fēng)量和除塵要求。經(jīng)常用一張A4紙檢查變壓器柜、功率柜進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量（A4紙應(yīng)能被過濾網(wǎng)牢牢吸?。?，定期更換或清洗過濾網(wǎng)（建議1周清洗一次），檢查風(fēng)扇是否有問題。變頻器投入運(yùn)行每六個(gè)月用吸塵器將柜內(nèi)灰塵清除干凈。

（3）變頻器停運(yùn)維護(hù)要求。長(zhǎng)期停運(yùn)或更換新元件等，再次開機(jī)時(shí)，不易直接啟動(dòng)運(yùn)行，先上高壓電待機(jī)半小時(shí)，再投入運(yùn)行。長(zhǎng)期停運(yùn)的變頻器每個(gè)月上一次高壓，給電容進(jìn)行充電（上高壓電前必須保證干燥無凝露），每次一小時(shí)。

3總結(jié)

鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程應(yīng)用變頻器一年多以來，有效解決了泵站級(jí)間流量匹配問題，減少了開停機(jī)次數(shù)，為泵站少人值班提供了技術(shù)支撐，同時(shí)通過收集變頻水泵機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障情況，經(jīng)過技術(shù)人員的共同分析和總結(jié)，在變頻器應(yīng)用方面做了許多改進(jìn)，為工程安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊永春，彭軍.淺析高壓變頻設(shè)備在大型多梯級(jí)提水泵站的應(yīng)用[J].科技視界，2018（22）.