ZINVERT系列高压变频调速系统在市政行业上的应用—高压变频器

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ZINVERT系列高压变频调速系统在市政行业上的应用――浙江桐庐自来水、靖江自来水公司、北京首都国际机场扩建工程

    市政工程中，自来水供水由于用户用水时间相对集中，一日内的负荷变化较大，虽然可采用多台水泵、大小泵开停配合等传统设计，但特别在午夜与凌晨的时段，经常产生大马拉小车的现象，这种情况在春冬两季更为明显，既浪费能源，又使供水管网的压力波动较大。
    另外，以往集中供热系统由于如果调节水力平衡的设备选择、使用不当，调节的手段不先进，则会存在不同程度的水力失调问题，造成部分热用户室温过高而浪费了热能，部分用户室温不达标，影响了供热质量，而带来了电能的大量浪费，使供热企业的运行成本大大提高。
    在自来水的供水与供热网循环水泵等采用变频调速，可在实现良好调节控制目标的同时达到节能的效果。ZINVERT系列高压变频调速系统就在自来水供水与市政集中供热系统等多个市政工程重要项目中应用，为市政项目的节能工作作出了贡献，并赢得了当地有关部门的一致好评。

1、项目之一 —— 杭州桐庐自来水厂供水泵变频恒压供水

    杭州桐庐自来水厂于2006年5月竣工，6月正式投运为桐庐地区供水，是桐庐人民政府的“爱民”工程。桐庐水厂的315kW/10kV的自来水供水泵采用ZINVERT—A9H400/10Y型高压变频调速系统对其进行供水调节。设备于2006年3月12日安装，2006年6月正式投运。投运以来，节能效果明显，实现恒压供水，完全满足供水的需要。
    该厂的出水水泵设计在工频运行时，水泵处于额定运行状态，对电机转速不进行调节。用水量下降时，水泵仍然额定运行，多余的水排出至江中，这就造成严重的电能浪费。鉴于这种情况，该厂采用了变频器控制，根据实际运行情况进行调节流量。
    桐庐水厂出水水泵变频调节采用一拖一的方式。装置的一次接线如下图所示：

    10kV电源经变频装置刀闸K1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K2送至电动机；10kV电源还可经刀闸K2切换至工频侧直接起动电动机。一旦变频装置出现故障，即可马上断开输入侧10kV开关及刀闸K1，将变频装置隔离，切换刀闸K2至工频侧，在工频电源下起动电机运行。刀闸K1、K2之间具有闭锁和防止误操作功能。
    变频运行状态下，DCS以输出水压为控制目标进行PID调节：水泵变频调速是一个压力闭环控制系统，设定水泵出工侧压力参数为控制对象，当实际压力与设定压力发生偏差±H时，高压变频器则根据压力传感器反馈的信号，自动调节变频器的输出频率与电压，从而改变水泵驱动电机的转速，使水泵出口侧的压力维持恒定。在保证水泵的输出流量和所需水量一致情况下保持了水泵的输出水压或供水的压力，也起到了节能作用，大大降低了水泵用电量。
    变频改造前后，电机的运行数据如下表所示：

根据以上桐庐水厂提供的数据，按每度电0.5元计算，使用变频装置一年平均可以节约的电费为：

2、项目之二 —— 江苏靖江自来水公司供水泵变频恒压供水

靖江自来水公司是一家以自来水生产、销售服务和供水设施养护维修为主体，集给水工程设计、施工、纯净水生产等各种经营为一体的供水企业。截止2005年底，公司日供水能力为10万m3，占地144.6亩，拥有输水干管250公里，固定资产1.58亿元。

江苏靖江自来水公司（下称水厂）工业新区的供水网设计5台400 kW水泵供水，设计两台水泵采用变频调速以实现恒压供水。供水泵设计在工频运行时，水泵处于额定运行状态，对电机转速不进行调节。用水量下降时，水泵仍然额定运行，多余的水排出至江中，这就造成严重的电能浪费。鉴于这种情况，初期投运一台水泵采用高压变频调速控制，根据实际运行情况进行调节流量。设计采用ZINVERT—A9H400/10Y型高压变频系统拖动供水泵的400kW/10kV电动机调速，以达到调节供水水压的目的。高压变频设备于2006年5月21日安装调试完成，2006年7月正式投运。
已投运的水厂母管给水泵变频调节采用一拖一的方式。装置的一次接线如下图所示：

根据以上水厂提供的数据，按照2/3的时间运行在大水量工况，1/3的时间运行在大水量工况则，水泵采用变频调速后，按每度电0.5元计算，使用变频装置一年可以节约的电费为：

3、项目之三 —— 北京首都国际机场扩建工程供热项目热网循环水泵变频

    北高压变频器京首都国际机场是我国目前投资建设的最大机场，为国家重点工程，工程总投资２５０亿元，超过了浦东机场和新白云机场的投资规模。３号航站楼建筑面积９０多万平方米，新增机位９９个；新建一条长３８００米，宽６０米的跑道，届时，世界上最大的飞机空客Ａ３８０能够顺利起降。此外，新建北货运区，相应配套建设场内交通系统，以及供水、供电、供气、供油、通导、航空公司基地等设施。
    北京首都国际机场扩建工程的供热项目，是首都机场扩建工程中重要的基础设施。它在原有供热厂房内拆除一台75t/h蒸汽锅炉，安装两台58 MW热水锅炉。该工程于2005年10月28日开工，2006年8月完成调试与试运行。整个供热的热网配置循环水泵三台，电动机为额定功率450 KW、额定电压 10 KV。
    供热项目热网循环水泵三台，分别采用一套型号为ZINVERT－A9H630/10Y的高压变频调速系统进行调速拖动，两用一备。
    热网的循环水泵设在供热厂内，由供热厂进行操作和管理，循环水泵的转速、热输出要服从热力公司的指挥调度，通过DCS控制系统根据供热需要控制变频泵的转速保证供热循环水的流量，使热网供热质量稳定高效，能有效避免局部热网过冷过热问题，并保证当室外温度在-10到+5摄氏度的条件下，保证热用户的室内温度在20(±2)摄氏度。
    现场两台循环水泵开启后，根据流量设计，一般采用40～43Hz运行即可满足要求，比工频运行节能达30％左右，而且实现稳定的供热质量，保证机场室内温度的恒定与乘客的舒适度。

4、市政供水设施的水泵采用ZINVERT高压变频调速系统后的其他优势：

    通过以上几个项目的运行节能计算可以看出，使用变频装置所产生的经济效益是明显的。另外，使用变频调节还有其他多方面的优点。
    ● 网侧功率因数高：原电机直接由工频驱动时，实际运行功率因数在0.8左右，需安装无功补偿设备以满足电网要求。采用高压变频系统后，电源侧的功率因数可提高到0.96以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备的运行费用。
    ● 对电网无任何冲击，电机使用寿命增长。原高压电机工频启动时，由于起动时间短，起动冲击电流大（IN5~7倍），电机与水泵振动较大，会产生刺耳的噪音。使用高压变频器后，这些现象彻底消除。用高压变频调速装置后，可对电机实现软启动，电机的转速在高压变频器设定的范围内，从零开如平缓上升启动时电流不超过电机运行额定电流的1.2倍，，电机电流亦随之平稳变化，杜绝了工频启动时对电网的冲击。
    ● 原高压电机以工频电源驱动时，电机定速运行，只能靠水泵出口侧的阀门来调节供水流量，不仅浪费能源，而且会产生“水锤效应”和“憋泵”现象，使用高压变频器，不仅解决了这些问题，而且可以根据供水管网所需流量，自动调节电机转速，从而节省电能，减少企业供水产生成本。解决了“水锤效应”“憋泵”水压忽高忽低的问题，减少管网爆管，水的“跑、冒、滴、漏”，可见使用变频器也利于节水。
    ● 变频调节方式降低了水泵的运行噪音，改善了运行环境。
    ● 操作简单，运行方便。通过远方DCS进行控制和监视变频器。

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