變頻器在白眉取水泵站的應用

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)在取水泵站的應用福州開發(fā)區(qū)自來水公司 蘇閩辰摘 要：本文介紹了西門子變頻器在福州開發(fā)區(qū)自來水公司白眉取水泵站的應用情況，并著重對變頻器出現(xiàn)的故障進行了分析和探討。關鍵詞：取水泵站 變頻器 節(jié)能 故障1 引言 為福州匯津水務有限公司的二水源，是福州重點建設項目之一。水庫位于馬尾亭江鎮(zhèn)白眉村，總庫容1825萬立方米，有效庫容1500萬立方米，日供水10萬立方米。正常蓄水位為標高39.8m，最低蓄水位為標高13m，馬尾凈水廠反應池標高為52.1M。取水泵站負責向凈水廠輸送源水，于2001年9月8日正式投入使用。變頻調(diào)速系統(tǒng)在取水泵站的應用，不僅降低能耗、節(jié)約成本，而且給運轉操作工帶來極大

2、的方便，同時由于變頻器調(diào)速平滑、機械特性硬、保護功能齊全、控制靈活使得設備運行更加平穩(wěn)，為生產(chǎn)提供了可靠的保障。下面具體介紹該系統(tǒng)的應用情況。2 系統(tǒng)介紹取水泵站共設三套變頻調(diào)速機組，兩用一備。變頻器均采西門子公司SIMOVERT MASTERDRIVES交直交電壓源型矢量控制變頻調(diào)速裝置，型號為6SE7135，額定功率500kw，輸出電流570A，輸出電壓0690V,效率0.960.98；長沙水泵廠離心水泵20SAP-14，額定流量0.63/s，揚程32，額定轉速980rpm，；蘭州電機廠的變頻電機YPT450-6，功率500KW，電源660V,效率0.88。該泵站為加壓泵站，考慮到管路及機

3、組運行的安全，因此在水泵出水側裝設自動保壓式液控蝶閥。泵站由變頻器、電機、水泵、液控蝶閥、壓力變送器及智能數(shù)顯表組成聯(lián)控保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)由我們利用西門子矢量變頻器的自帶控制功能和現(xiàn)有資源自行改造、安裝和調(diào)試，于2002年1月正式投入運行，目前運行情況良好。該系統(tǒng)解決了投產(chǎn)初期存在的一些問題：變頻器與液控碟閥分開操作，運行人員很難控制液控碟閥開啟的最佳時機，容易造成運行的不安全；突然停電和變頻器故障停機造成機組高速倒轉的危險現(xiàn)象等。通過改造將變頻器和電機的開停與液控蝶閥的開啟、關閉合理有機的實行聯(lián)控，降低了值班人員的勞動強度，提高了設備的安全系數(shù)，延長設備使用壽命；同時該系統(tǒng)增加了變頻機組的自動

4、保護系統(tǒng)，有效保證了安全不間斷供水。2.1 西門子變頻調(diào)速特點目前市場上的變頻器品牌較多。國外品牌有：德國西門子、瑞典ABB、法國Schneider、丹佛斯等；國產(chǎn)品牌有：森蘭、利德華、清華同方等。泵站籌建期間，通過對國內(nèi)外多家變頻器廠家的產(chǎn)品進行綜合性能價格比較，由于西門子變頻器性能各方面均較成熟，而價格也比同類型變頻器略低，最后選擇了西門子變頻器。西門子變頻器的特點：電網(wǎng)電壓在15%范圍內(nèi)波動時，變頻器能正常工作；內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，支持開放式傳輸協(xié)議PROFIBUS-DP和CAN的工業(yè)現(xiàn)場總線，易于實現(xiàn)過程自動化；強大的保護功能，全數(shù)字開放式操作顯示面板PMU、OP1S，操作簡單靈活，便于

5、故障診斷，啟動參數(shù)可視負載調(diào)整，以達到最佳啟動效果。2.2 節(jié)能分析由于水庫水位變幅達26.8m，水泵的揚程因水庫水位的變化而變化，因此定速機組不可能總保持在一個高效工作點運行，需要進行控制。為滿足工藝要求和適應運行工況的改變，水泵調(diào)速使機組盡可能始終運行在高效區(qū)內(nèi)，以達到節(jié)約電能的目的。表一 泵站某日部分時段的生產(chǎn)日報表時間輸出電壓V輸出電流A頻率HZ電機轉速r/min進水壓力Mpa出水壓力Mpa出水量M30610263479400.180.432610263479400.180.4346494610263479400.180.4346506610263479400.180.43462986

6、02264479400.180.43462010602264479400.180.434600總計23148表一是在水庫平均水位附近的生產(chǎn)日報表。由于揚程H=25m，平均流量Q=0.64m3/s,電機效率1=0.88，變頻器效率2=0.96，得P=1000HQ/10212 =185.68kW若選用定速運行，應用揚程將為59m，得：P1=1000590.64/1020.880.96=438.21kW，則應用變頻調(diào)速電耗可下降至 P/P110043.36%。按2003年實際總電耗kW.h，綜合電單價0.65元/ kW.h計算年節(jié)約電費為：(/0.4336-)0.65.92元，可見變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能

7、效果是相當顯著的。 通過合理調(diào)度充分挖掘變頻機組的節(jié)電能力。投產(chǎn)初期變頻機組的運行為固定流量控制方式，極大地浪費了資源。我們經(jīng)過長時間跟蹤檢測得，結合水泵工況曲線得出對應水庫各水位段的實際高效工作范圍，以指導變頻機組的調(diào)度。表二 兩種調(diào)度方式的比對（水庫水位標高29m） 項目水庫水位m開機時間頻率HZ轉速r/min出水總量m3用電量KWh電單耗KWh/ m3方式一292:007:0045900111108320.07489方式二299:0014:0049980143219620.06721備注：方式一為固定控制單機流量在2100m3/h左右；方式二為依據(jù)水庫水位變化給定控制流量，保持水泵始終運

8、行在高效段。方式二比方式一節(jié)約電耗(1-0.06721/0.07489)100%=10.26%由表二看出通過合理調(diào)度可節(jié)約電耗10.26，在雨水豐富高水位時節(jié)能效果更為顯著。因此，合理調(diào)度變頻機組的運行相當關鍵。3運行情況分析3.1故障情況變頻器作為白眉泵站的重要設備，運行情況基本達到設計要求，保證了我司的安全不間斷供水工作。變頻器自投產(chǎn)運行三年多共維修十一次，除2#變頻器最早出現(xiàn)的兩次故障是由于電子板卡在出廠時就有的瑕疵或運輸過程中振動造成的，其它九次故障的主要原因是由于變頻器運行環(huán)境不佳引起的。變頻器故障維修費用共計53581.8元，其中除2#變頻器于2004年2月19日的故障維修費用包含

9、現(xiàn)場維修服務費用（約7000元）外，其它故障維修費均為購買電子板的費用。表三 變頻器維修情況統(tǒng)計表項 目故障次數(shù)保修期外維修次數(shù)維修情況維修費用（元）合計（元）維修日期維修人員維修內(nèi)容1#變頻器4302.07.28西門子人員更換PER3電子板01175004.09.17我司人員更換PSU2電子板950004.09.24我司人員更換EB1電子板225004.09.13我司人員清除主接觸器鐵心的鐵銹02#變頻器6402.06.09西門子人員重新接插觸發(fā)光纖040351.802.07.11西門子人員更換IVI電子板002.12.30我司人員更換PER3電子板1085004.02.19西門子人員更換P

10、SU2電子板16351.804.09.13我司人員清除主接觸器鐵心的鐵銹004.09.24我司人員更換PER3電子板131503#變頻器1103.01.10我司人員更換EB2電子板14801480總計11853581.8備注：1. 變頻器保修期為2001年9月到2002年10月。 2. 維修費用中除2#變頻器于2004年2月19日的故障維修費用包含現(xiàn)場維修服務費用（約7000元）外，其它故障維修費均為購買電子板的費用。從表三可看出故障最多的是2#變頻器。2#變頻器自投入試運行不到一百小時就出現(xiàn)了逆變柜超溫故障報警停機現(xiàn)象，超溫報警現(xiàn)象時有時無。由于此故障的不確定性，西門子公司沒有立即派技術人員

11、到現(xiàn)場處理故障。該變頻器到2002年1月斷斷續(xù)續(xù)運行了415小時后又出現(xiàn)了新的故障，故障現(xiàn)象為變頻器輸出電流不平衡，電機內(nèi)部出現(xiàn)異常刮擦聲，且電機振動偏大。西門子公司派技術人員到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)有一束觸發(fā)光纖沒有緊固，且IVI電子板接觸不良。經(jīng)西門子技術人員分析，這兩次故障是由于出廠時就有的瑕疵或運輸過程振動造成的。3.2故障分析西門子作為國際品牌，其變頻器在性能各方面均較成熟，從目前我們了解到的西門子變頻器在其它地區(qū)的使用情況來看，其產(chǎn)品的質(zhì)量還是可靠的。白眉泵站變頻器故障維修主要集中在更換電子板，主要故障原因是由于運行環(huán)境不佳造成得。下面就白眉變頻器運行環(huán)境問題分析如下：l 塵埃2004年9月

12、在恢復白眉泵站生產(chǎn)前，對變頻器進行了除塵掃灰工作。兩周后再次檢查變頻器柜時，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)灰塵又沉積了許多并有蜘蛛網(wǎng)，由此可見變頻器室的灰塵偏多。按照要求變頻器應安裝在室內(nèi)塵埃少的環(huán)境。潮濕和塵埃是造成變頻器內(nèi)部電子器件生銹、接觸不良、絕緣性能降低的重要因素。l 環(huán)境溫度溫度是影響變頻器壽命及可靠性的重要因素，變頻器運行環(huán)境溫度要求1040，如長期不用變頻器應存放在1030為宜。根據(jù)兩年多來對白眉變頻器室日常測量的記錄表明運行環(huán)境溫度為+836。說明白眉運行環(huán)境溫度基本滿足要求，但在夏季變頻器在備用狀態(tài)或長期停用時的存放溫度不能滿足要求。l 環(huán)境濕度白眉泵站所處地年平均相對濕度為79。通過2004年

13、9月23日至29日每天四次定時對白眉變頻器室濕度的跟蹤，測得這一時段的平均濕度75.4%，最高濕度為96%。9月下旬為干燥季節(jié)，測量的濕度偶爾會超過濕度要求標準（變頻器要求相對濕度不超過95%）。如在雨水季節(jié)環(huán)境的濕度會長時間超過變頻器對環(huán)境的要求。泵房地處山坳，當濕度太大，溫差變化較大時，變頻器內(nèi)部容易出現(xiàn)結露現(xiàn)象，濕氣會使得變頻器內(nèi)部電氣絕緣性能降低，甚至可能引起短路故障。在2004年6月至9月停產(chǎn)期間，由于對停用變頻器的維護保養(yǎng)工作認識不夠，泵站變頻室沒有良好的通風，使變頻器存放在悶熱的環(huán)境中。同年9月份轉廠前檢查變頻器時發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)的灰塵沉積很厚，1#、2#變頻器的主接觸器的鐵心生繡，并且

14、兩套變頻器有兩塊電子板損壞。這表明由于停用時變頻器的存放溫度不適宜，且環(huán)境潮濕、灰塵偏多是引起變頻器故障的主要原因。 3.3整改措施鑒于白眉泵站變頻器室的環(huán)境達不到運行要求，整改勢在必行，具體措施如下：l 將變頻器室的送氣扇關閉，以減少室外塵埃和飛蟲的進入。l 在變頻器柜的進氣口加裝空氣過濾裝置，減少塵埃和阻止蟲子進入變頻器內(nèi)部。l 縮短變頻器內(nèi)部吹灰除塵的周期，由原先的一年兩次改為根據(jù)環(huán)境的變化而制定除塵周期，至少每個季度一次。l 改變原先變頻器室開放的通風冷卻方式為封閉式的內(nèi)循環(huán)冷卻方式。將變頻器室與走道隔開，減少塵埃和飛蟲的進入。并在變頻器室加裝空調(diào)，以控制室內(nèi)的濕度和溫度，達到降溫除濕

15、的目的。同時增設溫濕報警裝置，以保證變頻器安全運行。4總結體會我司技術人員參與了泵站的籌建過程，在此期間對變頻機組的安裝、調(diào)試提出了許多可行性建議。變頻機組運行三年多來為我司帶來可觀得經(jīng)濟效益，雖然變頻器由于運行環(huán)境等問題出現(xiàn)了較多的故障，并沒有給安全生產(chǎn)造成直接影響，同時為我們運行維護積累了較多實踐經(jīng)驗。體會如下：l 合理調(diào)度，降低電耗通過長期對變頻機組的測試，并結合水泵的工況曲線得出在不同水庫水位下機組的高效運行范圍，以指導運行人員在滿足生產(chǎn)需求的前提下盡可能將變頻機組運行在高效段，實現(xiàn)延長設備壽命、安全經(jīng)濟運行的目的。l 加強設備停用期間管理工作變頻器的故障頻發(fā)暴露了我們工作的弱點，對于運行環(huán)境對變頻器的影響重視不夠，沒有做好預防性維護工作。變頻器停用期間也應按照正常運行期間保持環(huán)境溫濕度在適宜的范圍，定期檢查并對變頻器內(nèi)部進行除塵。l 重視培訓工作加強對變頻器這類技術含量高的設備的技術培訓工作。經(jīng)外派到西門子培訓中心學習和多次協(xié)助西門子公司技術人員進行故障維修，我司技術人員逐步提高了處理解決故障的能力。按西門子現(xiàn)場維修服務收費標準計算，自修七次共節(jié)約了服務費用約34000元。由此可見外派技術人員學習不僅節(jié)約了維修費用，同時也縮短了維修周期。l 問題探討設計變頻機組運行頻率上限為62.5HZ。當水庫運行在