变频器在供水系统中的应用及节能效果Word文件下载.docx

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一、系统方案ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（6）

二、ABB变频装置原理　ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（6）

三、ABB变频控制系统ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（6）

四、系统经济效益分析ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（7）

五、电气安装ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（8）

六、应用变频调速系统生产的其他效果ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（8）

七、变频调速系统的问题与改善ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（9）

结束语ּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּּ（9）

引言

大溪河公司送水泵站担任着电厂的供水任务，日设计供水量为30吨。

其送水泵房共有380v3kw水泵2台，采用工频运行方式,泵站自2003年3月投入试运行，但由于实际需求输水总量为12吨/日，所以只能依靠调节出口阀开度及频繁开停泵来调节流量.。

以保证供需平衡的需求。

这不但操作麻烦、难以控制，而且能源浪费大。

同时，根据预测，在近二、三年内还尚未能达到30吨/日的需求量。

鉴此，为了资源的合理利用和能源的节约，保证输水管网的安全可靠运行，拟考虑安装变频调速装置，并经过经济技术评估，认为是可行的，于2004年3月筹划建设该技改项目。

通过社会调查和筛选，决定选用ABB变频调速装置,并于2004年5月投入使用。

实践证明,将近7年多时间的运用变频调速装置是切实可行的,公司的加压水泵明显降低了能耗,提高了工作效率。

第一章绪论

一、供水系统的能耗问题

大溪河公司送水泵站担任着电厂工作人员的供水任务,日设计供水量为30吨。

其送水泵房共有380v3kw水泵2台，采用工频运行方式,泵站自2003年3月投入试运行，但由于实际需求输水总量为12吨/日，所以只能依靠调节出口阀开度及频繁开停泵来调节流量。

因此如何安装有效装置,实现水泵机组自动调速,节约能源就成了加压水泵站的工作重点。

二、变频调速技术的发展历史

三次中东战争后，西方一度发生石油危机，廉价能源丧失，使人们认识到节能的重要性，许多传统的工艺过程必须从节能的角度加以重新评价。

其直接影响是要求一大批原来恒速运行的机械改成调速运行，特别是用量很大，通常占总用电量一半左右的风机、泵类负载，采用调速方式来调节输出流量，与传统的恒速运行节流阀调节流量的方式相比，可节电30％左右；

这一事实，促使人们从生产系统总效率的角度来重新评价交流调速系统的经济技术指标，变频调速系统由于具有显著的节电效果；

低廉的运行费用，常可抵消装置价格偏高的不利因素，受到用户的欢迎。

在环境恶劣的生产场合（如冶金、建材、矿山、化工等工业）常有防爆或高速运行的要求，目前世界上还很难生产出大功率、高速的防爆直流电动机，再如水泥行业灰尘大，污染大，直流电动机很不适应，而且直流电机经常换电刷，维护量大，因而常常停机影响生产。

发展生产力的需要大大促进科学技术的发展，因此自从7O年以来，以电子电子器件、微电子器件技术和控制技术等为基础的变频调速技术，有了突破性的进展，生产出满足变频调速要求的变频器，从此交流调速进入了一个崭新时代，为了与以前传统的交流调速相区别，人们通常把实现变频调速为特征的交流调速称为近代交流调速变频调速技术问世为标志的近代交流调速近二十年来取得了惊人的进展。

首先是由于生产力的发展，生产机械的功率愈来愈大，1000千瓦以上功率装置愈来愈多。

在这样的功率范围内，直流电动机由于受机械换向器及电刷等工艺制造的限制，很难制造额定电压超过1000伏的电动机，因而额定电流变得很大，供电须采用专用汇流排，这样供电电压降和传输损耗增加，相比之下，交流电动机制造超过6000伏以上高压电机并不困难，从而避免了上述直流电动机制造工艺的难点，换言之，功率愈大，交流拖动的经济效益优势将更为明显，制造出功率大大超过直流电动机是形势要求的一个方面；

另一方面还要利用先进控制技术使其性能指标达到甚至超过直流电动机。

三、变频器在工业中的应用

变频调速应用领域将不断扩大。

随着科学技术的进步、大功率电力电子技术的迅速发展，大规模集成电路和微机技术的突飞猛进，交流电动机变频技术已日趋完善，变频调速器用于交流异步电动机调速，其性能胜过以往任何一种交流调速方式，已成为电动机调速最新潮流。

在国外交频调速已广泛在钢铁、有色冶金、油田、炼油、石化、化工、纺织、印染、医药、造纸、卷烟、高层建筑供水、建材及机械行业应用，功率大到上万千瓦的轧钢机，小到只有几十瓦的公园喷水头，从工厂装备到家用电器，应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。

四、变频调速技术的展望

变频器自八十年代初以来；

国际市场已实现产品的商品化，变频技术的发展主要有以下几个趋势；

（1）最新的是第三代。

（2）变频器产品系列化、通用化、小型化，目前在市场已可看到用于一般产业用和用于风机和泵类的两个系列，功率从0.4千瓦到280千瓦。

产品不同功率都统一了功能，统一了性能，统一了式样，统一了端子符号，统一功能码内容等；

方便了设计和维修。

由于集成电路的高密度和冷却技术的高效率，产品实现了小型化，体积只有过去的60％。

（3）性能智能化：

新产品采用了对电动机的最先进的转矩矢量控制，能获得与负载自动适应的电机转矩；

低速时提高起动转矩，大幅度提高转矩响应速度等。

（4）装置功能多样化：

提供便于安全、便于操作的显示器、监视器、测试器，各种完善的保护环节，便于维护更换的模块和器件等。

五、变频器节能的理论依据

由于电厂用水量是不均匀的,这是由于气候和人们生活以及生产规律所决定的.由于流量的变化从而影响到管网水头损失的变化,在几何扬程很小的情况下,送水泵站出口所需压力随流量的变化更为显著.水泵站的装机是按最不利条件下最大时流量和所需相应扬程决定的.而实际上每天内只有很短时间能达到最大时流量,大多数时间里,水泵站都处在小流量下工作.为了适应流量的变化,先前泵站在运行中多采取关小出口闸门的办法来控制流量,从而造成出口闸门前后的压力差值（少则多米,多则几十米）就白白地浪费于闸门阻力上.当水泵台数足够多时,是可以很好地适应水量变化的,但是水泵型号是有限的,装机台数过多,不仅管理不便,而且会无谓地增大建筑面积,提高工程造价,即使这样,也无法做到完全适应水量变化,还需要用闸门来调节水量.为此,采用水泵机组高压变频调速技术,可连续地改变水泵转数,来变更水泵工况,使其流量与扬程适应于管网用水量的变化,从而提高机组效率,维持管网压力恒定,达到节能的效果.我们从水泵调节原理得知，当水泵拖动电机工频运行时，出力为额定值，转速及功率亦为额定值；

当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水泵的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求。

六、采用变频的必要与可行分析

根据预测，大溪河公司在二～三年内还尚未能达到30万吨/日的需求量,并且也无法满足电厂提出来的要求泵站供水压力能保持恒定的要求.鉴此，为了资源的合理利用和能源的节约，保证输水管网的安全可靠运行，大溪河公司拟考虑安装变频调速装置,在考察对比了国内外多家变频器生产厂家后,决定选用ABB变频器。

ABB变频器技术先进,可靠性高,输出电压波形好，并且已在电力、冶金、石化、市政供水、水泥等多个领域成功应用，得到了用户的普遍认可和市场的长久考验。

并经过经济技术评估，认为是可行的，于2004年3月筹划建设该技改项目。

第二章泵站供水系统的变频恒压供水系统改造

一、系统方案

根据实际情况确定的调速方案为：

选择1、2号泵为可调速水泵，正常运行时其中任一台运行于调速状态，而另一台泵作为备用，也可随时投入工频状态运行。

两台泵运行状态的切换采用手动方式。

并要求两台泵不能同时投入变频状态，或同时投入工频状态运行，对此要求，在设计旁路切换柜时特别设计了机械联锁装置。

开环或闭环自动恒压供水。

带阀门联动功能。

二、ABB变频装置原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

三、ABB变频控制系统

变频恒压供水系统采用一电位器设定压力（也可采用面板内部设定压力），采用一个压力传感器（反馈为4~20mA）检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器PID回路，PID回路处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制马达转速。

如在一定延时时间内，压力还是不足或过大，则通过变频器作工频/变频切换起动另一台水泵，使实际管网压力与设定压力相一致。

另外，随着用水量的减少，变频器自动减少输出频率，达到了节能的目的。

变频恒压供水系统控制图：

使用远传压力表,量程0-10kg,反馈4-20mA,要求5kg压力供水,上限6kg,下限4kg,面板起动停止,电位器给定目标值。

四、系统经济效益分析

根据流体力学原理可知：

变量泵的功率P1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：

P1/Q1=（n1/n）3

Q1/Q=n1/n

式中：

Q为额定流量；

Q1<

Q；

P1为额定流量时的电机轴功率；

n为水泵的额定转速。

额定流量Q=100%时，n=100%，若n1=90%n时，Q1=90%Q；

P1=72.9%P，即可节电27.1%。

若n1=80%n时，Q1=100%Q；

P1=51.2%P，即可节电48.8%。

当然以上的公式和计算方法为理论值，在实际运行的现场影响节能效率的因素有很多如：

管损、水泵运行状态、变频器选型情况（变频器输出频率精度、变频器控制方式等）、控制程序合理性、PID参数稳定性等。

在以上因素为正常合理的情况下，全自动根据我们的经验，变流量恒压供水控制系统的节能效率一般在30％以上。

五、电气安装

电气安装主要包括柜体到现场的输入电缆，柜体之间的连接线，柜体和现场的控制及信号线的配线。

（一）电源及电机线的连接，输入电源线连接到端子L1，L2，L3；

电机线连接到U，V，W，并注意相序关系保输入电压满足要求确确保电源线的线径及耐压满足要求；

确保输入侧已经采用了有效的防雷措施。

（二）控制线的连接控制柜连线主要包括控制电源进线，远程控制接线，检测信号线，模拟量输入线，现场状态接线，开关量输出接线。

（三）电气安装注意事项；

输入和输出的电缆必须经过严格的耐压测试，输入和输出电缆必须分开配线，防止绝缘损坏造成危险现场到变频器的信号线，应该与强电电线分开布线，信号线必须采用绞线的方式，最好采用屏蔽线，屏蔽线的一端可靠接地。

要一直保证变频器柜体和厂房大地的可靠接地，保证人员安全。

电气安装时,应为控制系统埋设专用接地极。

测量变压器的绝缘电阻及进行工频耐压试验之前，必须断开变压器和功率单元。

六、应用变频调速系统生产的其他效果

（一）改善了工艺。

在实际生产操作过程中，泵的参数（尤其是流量）需时常调整，不仅需要调节参数，而且备用设备需时常切换。

根据工艺的变动，工艺参数又主要通过调节出口阀来控制，人工关小或开大阀门不仅费事，速度慢，也缩短阀门的寿命（填料及阀杆的磨损）采用变频调速就不用调节出口阀，只需要控制室内调节电机的转速即可。

变频启动转速可以从零开始逐渐升高，因此带负荷直接启动不会有较大的启动电流，避免了通常泵组首先关闭出口阀后再启动的要求（无载启动是为了降低启动电流，保护电机）。

（二）维护量减少。

采用变频调速后，可能避免因通过阀门控制使泵过多偏离额定工作区而引起的振动，严重时会引起悬臂泵轴头断裂。

通常情况下，变频调速系统的应用主要是为了降低泵的转速。

由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件，特别是密封，轴承的寿命。

（三）工作强度降低。

由于调速系统在运转设备与备用设备这间实现计算机联锁控制，机组实现自动运行和相应的保护及故障报警，操作工作由动手转变为监控，完全实现生产的无人操作，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证。

（四）减少了对电网的冲击。

采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流只是额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了启动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。

七、变频调速系统的问题与改善

变频器在安装时对安装的环境考虑不周到,引起夏天变频器运行温度偏高需要安装空调才能满足变频器运行温度的要求并且室内环境温度偏高,引起变频器频繁过热保护。

而且空调的可靠性会影响变频器的稳定运行,空调运行费用偏高，我们根据本站变频器的运行和环境情况对目前变频器的三种冷却方式进行分析决定采用安装风道加空调的方式进行改造,利用变频器原有的排风扇加装通风通道将热风引出室外,改装散热风道及空调后问题解决。

另外，由于泵站处于平原地带，夏季雷雨台风季节，雷电频繁，变频器因此出现异常。

后通过改善接地，加装避雷装置，问题得到一定解决。

结束语

变频器控制水泵机组，大大改善了供水、净水生产及现场环境，完全达到了生产工艺要求。

PLC控制技术、变频技术的完美结合，使得集成自动化程度高，运行稳定，操作简单，节能高效明显等优点用。

大溪河公司变频器控制系统的成功应用，对于节约电能、提高效益、技术创新，都具有很高的经济价值，值得推广。