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摘 要：吉(ji)林(lin)市(shi)自(zi)來(lai)水(shui)公(gong)司(si)第(di)三(san)水(shui)廠(chang)擴(kuo)建(jian)後(hou)，在(zai)可(ke)以(yi)預(yu)見(jian)的(de)十(shi)年(nian)內(nei)，水(shui)廠(chang)供(gong)水(shui)能(neng)力(li)必(bi)然(ran)有(you)較(jiao)大(da)的(de)冗(rong)餘(yu)量(liang)。采(cai)用(yong)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)，能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)未(wei)來(lai)十(shi)年(nian)供(gong)水(shui)量(liang)的(de)頻(pin)繁(fan)變(bian)化(hua)與(yu)調(tiao)節(jie)，確(que)保(bao)供(gong)水(shui)的(de)實(shi)效(xiao)性(xing)與(yu)經(jing)濟(ji)性(xing)兩(liang)個(ge)指(zhi)標(biao)的(de)有(you)效(xiao)統(tong)一(yi)，實(shi)現(xian)了(le)高(gao)效(xiao)節(jie)能(neng)環(huan)保(bao)與(yu)穩(wen)定(ding)生(sheng)產(chan)的(de)可(ke)控(kong)動(dong)態(tai)平(ping)衡(heng)。
關鍵詞：高壓變頻器 高效節能環保
隨(sui)著(zhe)人(ren)口(kou)的(de)增(zeng)長(chang)和(he)經(jing)濟(ji)的(de)發(fa)展(zhan)，吉(ji)林(lin)市(shi)自(zi)來(lai)水(shui)公(gong)司(si)第(di)三(san)水(shui)廠(chang)在(zai)原(yuan)有(you)十(shi)萬(wan)噸(dun)日(ri)供(gong)水(shui)能(neng)力(li)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，擴(kuo)建(jian)至(zhi)二(er)十(shi)萬(wan)噸(dun)，以(yi)適(shi)應(ying)吉(ji)林(lin)市(shi)未(wei)來(lai)十(shi)年(nian)或(huo)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)經(jing)濟(ji)社(she)會(hui)人(ren)口(kou)的(de)發(fa)展(zhan)水(shui)平(ping)。取(qu)水(shui)泵(beng)房(fang)原(yuan)配(pei)備(bei)的(de)355kW/10kV水泵4台以及供水泵房配備的560kW/10kV水泵3台，全部定速運行，由於日夜供水差異較大，需要調節閥門開度或倒開大小水泵。這樣水泵頻繁啟停帶來的衝擊，會引起電機、水泵、famenguzhanglvzengjia，weixiufeiyongjiada，tongshiduiguanwangyeyouhendachongji。yincicaiyongchuantongtiaojiefamenkaidukongzhiliuliangheyalidefangshi，biranhuizaochengdaliangnengyuanlangfei。tongguozonghetiaoyan，wogongsijuedingduixinkuojianbufencaiyongbeijinglidehuafushengchandedagonglvbianpinqijinxingzilaishuiliuliangjichuchangshuidehengyakongzhi，congershixianjiangdinenghao、節約成本、提高供水質量，達到自動化水廠的生產需求。
一、 自來水生產工藝流程介紹
現將自來水廠水處理工藝流程簡述如下：
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| 圖1 自來水廠水處理工藝流程 | 首先要選好合適的水源和取水口，用管道輸送至一級泵房（取水泵房）並在一級泵房前加氯以殺滅藻類、植物和貝類動物。再通過一級泵房將水送至廠內處理係統中。通常經過混合（在水源水中加入適量的氯化鋁，俗稱礬）反應、沉澱、過濾、消毒等處理工藝，每一工藝配以相應的構築物（如沉澱池、濾池、清水池等），濾後消毒一般是加氯和氨，投加了消毒劑的水經清水池、並在池內停留一小時左右就成為合格的飲用水，再經過二級泵房（供水泵房）加壓輸送到城市管網中，供生活飲用和生產使用。
二、 高壓變頻器的應用方案
根據我公司在城市供水行業實際應用的成功經驗，為確保供水係統的穩定性、安全性和經濟性，供水泵560kW/10kV選用HARSVERT-A10/045帶手動一拖二旁路的變頻器。它采用直接“高-高”形式，單元串聯多電平拓撲結構，每相由8個(ge)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)串(chuan)聯(lian)而(er)成(cheng)，經(jing)過(guo)多(duo)級(ji)移(yi)相(xiang)疊(die)加(jia)的(de)整(zheng)流(liu)方(fang)式(shi)，消(xiao)除(chu)了(le)大(da)部(bu)分(fen)由(you)獨(du)立(li)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)引(yin)起(qi)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)，大(da)大(da)改(gai)善(shan)網(wang)側(ce)的(de)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)，實(shi)際(ji)測(ce)量(liang)後(hou)網(wang)側(ce)電(dian)流(liu)近(jin)似(si)為(wei)正(zheng)弦(xian)波(bo)，不(bu)用(yong)更(geng)換(huan)原(yuan)來(lai)的(de)電(dian)機(ji)和(he)電(dian)纜(lan)，完(wan)全(quan)適(shi)合(he)舊(jiu)設(she)備(bei)的(de)改(gai)造(zao)。取(qu)水(shui)泵(beng)355kW/10kV選用HARSVERT-A10/030原yuan設she計ji采cai用yong一yi拖tuo一yi運yun行xing方fang式shi，經jing過guo半ban年nian多duo運yun行xing來lai看kan，取qu水shui開kai一yi台tai變bian頻pin機ji組zu就jiu能neng滿man足zu工gong況kuang要yao求qiu，另ling外wai考kao慮lv取qu水shui泵beng定ding期qi倒dao車che隻zhi能neng開kai工gong頻pin機ji組zu，所suo以yi我wo公gong司si決jue定ding將jiang原yuan有you一yi拖tuo一yi運yun行xing方fang式shi改gai為wei一yi拖tuo二er運yun行xing方fang式shi，這zhe樣yang兩liang台tai變bian頻pin機ji組zu就jiu可ke以yi交jiao替ti運yun行xing，非fei常chang經jing濟ji。
下麵是一拖二手動旁路的基本原理（見圖2），它是由六個高壓隔離開關QS1-QS6組成。其中QS1和QS4,QS2和QS5有電氣互鎖；QS2和QS3,QS5和QS6安裝機械互鎖裝置。
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| 圖2 一拖二手動旁路櫃原理圖 | 如果兩路電源同時供電，M1工作在變頻狀態，M2工作在工頻狀態時，QS3和QS4、QS5分閘，QS1、QS2和QS6處於合閘狀態；M2工作在變頻狀態，M1工作在工頻狀態時，QS1和QS2、QS6分閘，QS3、QS4和QS5處於合閘狀態；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處於任一狀態，其它隔離開關都分閘，兩台負載可以同時工頻運行；當一路電源檢修時，可以通過分合隔離開關使任一電機變頻運行。
三、 恒壓供水係統原理
由you於yu吉ji林lin市shi自zi來lai水shui公gong司si第di三san水shui廠chang是shi新xin擴kuo建jian工gong程cheng，用yong水shui負fu荷he需xu要yao在zai實shi際ji運yun行xing時shi進jin行xing精jing確que調tiao整zheng和he測ce量liang，因yin此ci我wo廠chang采cai用yong的de是shi恒heng壓ya供gong水shui係xi統tong，其qi工gong作zuo原yuan理li如ru圖tu3所示,測量元件為德國E+H公司的壓力傳感器，將它設在水泵機組出水口，Vi為恒定供水壓力設定值，供水壓力V作為輸出量，構成閉環控製係統。變頻器內部的PLC采集供水壓力值V與用戶給定值Vi進行比較和運算，通過PID進行調整，將結果轉換為頻率調節信號送至變頻器，直至達到供水壓力的給定值Vi。不管係統供水流量如何變化，供水壓力值V始終維持在給定壓力值Vi附近。
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| 圖3 恒壓供水係統工作原理框圖 | (1) 在PID控製中，比例增益P加大，會使係統的動作靈敏，速度加快，P偏大，振蕩次數加多，調節時間加長。當P太大時，係統會趨於不穩定。若P太小，又會使係統的動作緩慢；
(2) 積分I的作用主要是消除係統的靜態誤差。但過強的積分作用使供水係統超調加大， 甚至引起振蕩。所以在調節過程初期，應減弱積分作用，防止產生積分飽和現象；而到過程後期，應適當增強積分作用，以提高控製精度；
(3) 微分D的(de)作(zuo)用(yong)主(zhu)要(yao)是(shi)改(gai)善(shan)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)。增(zeng)大(da)微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)，有(you)利(li)於(yu)加(jia)快(kuai)係(xi)統(tong)響(xiang)應(ying)，使(shi)係(xi)統(tong)超(chao)調(tiao)量(liang)減(jian)小(xiao)，穩(wen)定(ding)性(xing)增(zeng)加(jia)，但(dan)抑(yi)製(zhi)外(wai)擾(rao)能(neng)力(li)下(xia)降(jiang)。所(suo)以(yi)微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)應(ying)該(gai)在(zai)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)而(er)隨(sui)機(ji)改(gai)變(bian)。即(ji)在(zai)調(tiao)節(jie)過(guo)程(cheng)初(chu)期(qi)，應(ying)加(jia)大(da)微(wei)分(fen)的(de)作(zuo)用(yong)，以(yi)減(jian)小(xiao)超(chao)調(tiao)；在調節過程中、後期，應不斷減小微分時間，以增強係統的抗幹擾能力，同時還可以縮短調節時間。
我廠變頻器在運行初期，供水係統采用恒壓閉環控製，運行中發現運行頻率曲線呈鋸齒波，上下波動幅度較大，因此對PID係數進行調整，將P由1改為0.01、I由4改為20。通過幾次逐步調整，現運行曲線較為平緩，波動幅度相當小。變頻器根據偏差相應調節PID的de參can數shu，當dang運yun行xing參can數shu遠yuan離li目mu標biao參can數shu時shi，調tiao節jie幅fu度du加jia快kuai，隨sui著zhe偏pian差cha的de逐zhu步bu接jie近jin，跟gen蹤zong的de幅fu度du逐zhu漸jian減jian小xiao，近jin似si相xiang等deng時shi，係xi統tong達da到dao一yi個ge動dong態tai平ping衡heng，維wei持chi供gong水shui係xi統tong的de恒heng壓ya穩wen定ding狀zhuang態tai。
四、變頻器的運行情況：
三水廠取水泵采用開環運行方式，根據清水池水位手動調節頻率，一般頻率運行在38Hz-45Hz之間。
三水廠供水泵采用閉環運行方式，運行參數如下：
| 運行時間 |
運行壓力 |
運行頻率Hz |
輸入電流A |
輸出電流A |
輸入電壓V |
輸出電壓
V |
| 5：00-9：00 |
0.38 MPa |
48.75 |
29.3 |
32.0 |
10.7 |
10 |
| 9：00-16：00 |
0.36 MPa |
42.74 |
13.8 |
19.4 |
10.7 |
8.9 |
| 16：00- 22：00 |
0.38 MPa |
49.46 |
32.2 |
34.0 |
10.7 |
10 |
| 22：00-5：00 |
0.28 MPa |
35 |
5.8 |
14.5 |
10.7 |
7.5 | 通過測試發現變頻器運行在37Hz及以下機泵不出水，所以我們把最低頻率限製在38Hz。在日常運行中，早上4點加開一台工頻機組，當變頻器頻率達39Hz左右，關閉工頻機組，隻運行一台變頻器；在下午16點用水高峰時，再加開工頻機組。這樣合理開關車既滿足了出廠水壓力，同時又節約了大量能源。
五、係統應用效果：
水shui泵beng電dian機ji采cai用yong高gao壓ya變bian頻pin器qi進jin行xing調tiao速su運yun行xing後hou，在zai有you效xiao的de調tiao速su區qu段duan內nei運yun行xing十shi分fen平ping穩wen，與yu原yuan來lai全quan部bu工gong頻pin電dian機ji運yun行xing相xiang比bi，由you於yu變bian頻pin器qi對dui電dian機ji實shi現xian了le柔rou性xing啟qi動dong，啟qi動dong電dian流liu大da大da減jian小xiao，對dui機ji組zu沒mei有you任ren何he衝chong擊ji，相xiang應ying延yan長chang了le設she備bei的de使shi用yong壽shou命ming，大da大da減jian輕qing了le維wei護hu工gong作zuo量liang，減jian少shao了le維wei護hu成cheng本ben。
變(bian)頻(pin)器(qi)有(you)效(xiao)的(de)水(shui)壓(ya)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，使(shi)水(shui)壓(ya)調(tiao)節(jie)平(ping)滑(hua)可(ke)靠(kao)，轉(zhuan)速(su)無(wu)波(bo)動(dong)。電(dian)機(ji)與(yu)多(duo)功(gong)能(neng)閥(fa)門(men)聯(lian)動(dong)，隻(zhi)要(yao)給(gei)定(ding)頻(pin)率(lv)，電(dian)機(ji)啟(qi)動(dong)，多(duo)功(gong)能(neng)閥(fa)自(zi)動(dong)開(kai)啟(qi)，使(shi)得(de)開(kai)關(guan)機(ji)組(zu)變(bian)得(de)簡(jian)單(dan)。
變頻器投入運行後，由於電網側功率因數提高到0.96以上，在各種負荷下，電網側電流大大下降，電機的無功電流由變頻器直接補償。
節能方麵，我廠進行了測試：在同種工況下，采用單台機組電度表分別計量的方式，單台機組節電率達32%，這麼高的節電率加上合理開關機組，我廠每年將節電100萬元。
三水廠取水、送水變頻器正式投產以來至今，連續運行近兩年，為水廠正常供水提供了強有利的保障。HARSVERT-A變(bian)頻(pin)器(qi)具(ju)有(you)免(mian)維(wei)護(hu)的(de)特(te)點(dian)，隻(zhi)需(xu)每(mei)個(ge)月(yue)更(geng)換(huan)櫃(gui)門(men)上(shang)的(de)濾(lv)網(wang)。變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)降(jiang)低(di)了(le)係(xi)統(tong)對(dui)管(guan)路(lu)密(mi)封(feng)性(xing)能(neng)的(de)破(po)壞(huai)，延(yan)長(chang)了(le)設(she)備(bei)的(de)使(shi)用(yong)，同(tong)時(shi)維(wei)護(hu)量(liang)減(jian)小(xiao)很(hen)多(duo)，提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)，節(jie)約(yue)了(le)大(da)量(liang)電(dian)能(neng)和(he)水(shui)資(zi)源(yuan)，切(qie)實(shi)響(xiang)應(ying)了(le)國(guo)家(jia)節(jie)能(neng)降(jiang)耗(hao)的(de)號(hao)召(zhao)。
參考文獻
[1].高壓變頻調速係統HARSVERT-A係列技術手冊 北京利德華福電氣技術有限公司
[2].諸 靜.模糊控製原理與應用.機械工業出版社，1995，P338～355.
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