高壓變頻裝置在浙江上虞自來水公司加壓泵站應(yīng)用探討
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一、 項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景
因地制宜、審時(shí)度勢地應(yīng)用引入、試行推廣“四新”技術(shù)，是現(xiàn)代企業(yè)科技進(jìn)步和兩個(gè)效益不斷提高及穩(wěn)步發(fā)展的一項(xiàng)重要途徑和手段。該項(xiàng)目的增壓泵站是為設(shè)計(jì)能力日產(chǎn)16萬噸自來水廠輸送原水的配套新建工程，泵站距上游水庫取水口1.2公里，距下游自來水生產(chǎn)廠22公里，選用DN1200MM壓力輸送管。根據(jù)輸水工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，利用地形自然高差和庫容常水位，自流輸送能力為10萬噸/d，當(dāng)輸送量超過10萬噸/d時(shí)，需通過增壓泵輸送。該增壓泵站設(shè)計(jì)選用10KV/355KW機(jī)組，提升揚(yáng)程為13米，額定流量為7200噸/h，啟動(dòng)方式為液阻降壓啟動(dòng)，配機(jī)組兩套，一備一用。
泵站自2002年6月投入試運(yùn)行。但由于實(shí)際需求輸水總量為10-12萬噸/d，所以只能依靠調(diào)節(jié)出口閥門開度來調(diào)節(jié)流量，以保證生產(chǎn)廠的處理平衡的需求。這不但操作麻煩、難以控制，而且能源浪費(fèi)大。同時(shí)，根據(jù)預(yù)測，在近二、三年內(nèi)還尚未能達(dá)到16萬噸/d的需求量。鑒此，為了資源的合理利用和能源的節(jié)約，保證輸水管網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，擬考慮安裝變頻調(diào)速裝置，并經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)評估，認(rèn)為是可行的，于2002年9月籌劃建設(shè)該技改項(xiàng)目。通過社會(huì)調(diào)查和篩選，決定選用北京利德華福HARSVERT－A10/30變頻調(diào)速裝置。
二、 系統(tǒng)方案
1、 一次結(jié)線方案為一控二手動(dòng)預(yù)置及變頻/液阻啟動(dòng)運(yùn)行方式手動(dòng)預(yù)選模式；
2、 系統(tǒng)監(jiān)控和操作為本機(jī)（現(xiàn)場）操作和上位計(jì)算機(jī)集控室操作兩種模式；
3、 運(yùn)行控制方式是近期為開環(huán)控制，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能要求時(shí)，實(shí)行閉環(huán)控制。
三、 系統(tǒng)功能及說明
通過變頻器主界面可以進(jìn)行變頻器的功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)波形顯示、運(yùn)行記錄打印、故障查詢。
通過主界面可對變頻器直接進(jìn)行啟動(dòng)、設(shè)定運(yùn)行頻率、停機(jī)、急停和復(fù)位等操作。
2、 參數(shù)設(shè)置功能設(shè)定：設(shè)置允許和設(shè)置禁止
設(shè)置允許－－是用于停機(jī)狀態(tài)下對變頻器和電機(jī)參數(shù)的設(shè)定、修改和保存；
設(shè)置禁止－－是用于不管變頻器當(dāng)前處于運(yùn)行或停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)定參數(shù)查看，但所作修改和新設(shè)定均無效，系統(tǒng)不予保存。
3、 運(yùn)行方式設(shè)定
用于選擇變頻器開環(huán)或閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)方式和遠(yuǎn)控或本控方式的設(shè)定。
4、 頻率設(shè)定選擇
由計(jì)算機(jī)設(shè)定和模擬設(shè)定兩種方式，即可通過主界面或上位機(jī)和接受外部0-10V或4-20MA模擬設(shè)定信號。
5、 上位機(jī)參數(shù)修改
通過遠(yuǎn)控/本控開關(guān)和配合使用“參數(shù)設(shè)置功能設(shè)定”，實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)上進(jìn)行設(shè)定和修改參數(shù)有效與否。
6、 上位機(jī)控制
通過遠(yuǎn)控/本控開關(guān)和配合使用“參數(shù)設(shè)置功能設(shè)定”，實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)上進(jìn)行啟動(dòng)、停車、急停、復(fù)位、設(shè)定運(yùn)行頻率等功能的有效與否。
7、 遠(yuǎn)程撥號監(jiān)控
共他計(jì)算機(jī)通過電話網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程對變頻器進(jìn)行控制及運(yùn)行情況監(jiān)視。如果該功能“禁止”，則遠(yuǎn)程撥號失去對變頻器的控制權(quán)，僅有對變頻器運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視的功能。
8、 模擬輸出
變頻器具備兩個(gè)模擬輸入通道，每個(gè)通道都可以選擇為電流源輸出和電壓輸出。輸出物理量可分別設(shè)置成頻率、電流、電壓、功率、功率因素、流量、壓力等量。
9、 PID調(diào)節(jié)器
用于輸入調(diào)節(jié)器的各項(xiàng)參數(shù)。PID調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)在變頻器運(yùn)行時(shí)都可以實(shí)時(shí)修改，同時(shí)按下“應(yīng)用”按鈕后，新參數(shù)立即有效。
10、 模擬輸入信號范圍設(shè)定
具有四個(gè)模擬輸入通道。先從模擬輸入設(shè)置對話框選定模擬輸入，然后在界面上對該通道的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；先設(shè)定通道輸入信號的信號源的性質(zhì)，然后設(shè)定傳感器輸出的最大和最小輸出信號值及其對應(yīng)的測量范圍。變頻器可以接收0-20MA或0-10V范圍內(nèi)的任何電流或電壓值模擬信號。
11、 參數(shù)設(shè)定
參數(shù)設(shè)定窗口用于設(shè)定變頻器參數(shù)、電機(jī)參數(shù)以及管理參數(shù)，由主界面的參數(shù)設(shè)定按鈕進(jìn)入。在運(yùn)行過程中，除了管理參數(shù)修改有效外，其余參數(shù)僅在停機(jī)時(shí)才能修改。
在參數(shù)設(shè)定窗口中，變頻器參數(shù)、電機(jī)參數(shù)可按各參數(shù)對應(yīng)的按鈕，由彈出的軟件鍵盤進(jìn)行設(shè)定。參數(shù)修改后，按“取消”鍵，則所作修改無效；按“設(shè)定”鍵，則保存修改后的參數(shù)值，系統(tǒng)將按新設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行。
12、 恢復(fù)出廠設(shè)定
系統(tǒng)將出廠設(shè)定參數(shù)文件拷貝到當(dāng)前參數(shù)文件�！按_定”后，系統(tǒng)將按出廠設(shè)定運(yùn)行；“取消”則恢復(fù)原參數(shù)設(shè)置。
13、 參數(shù)設(shè)定備份
將當(dāng)前所設(shè)定的參數(shù)作為數(shù)據(jù)文件保存在硬盤中，以備需要時(shí)方便調(diào)用。系統(tǒng)總共可保存從save0到save16共17個(gè)備份。
14、 故障信息查詢
變頻器具有精確的故障定位及查詢功能。任何情況下都可以通過故障查詢窗口及時(shí)獲知系統(tǒng)的當(dāng)前狀況及發(fā)生過的歷次故障信息，包括故障發(fā)生時(shí)間、原因及位置。
15、 故障查詢窗口
故障查詢窗口在系統(tǒng)出現(xiàn)重故障時(shí)自動(dòng)彈出，當(dāng)前的故障處于閃爍狀態(tài)。故障信息包括功率單元、整流變壓器、電機(jī)、控制器、功率柜冷卻風(fēng)機(jī)及現(xiàn)場等各個(gè)部分的狀態(tài)。當(dāng)柜門、UPS、電機(jī)、變壓器、風(fēng)機(jī)等出現(xiàn)不影響運(yùn)行的輕度故障時(shí)，將在主界面上實(shí)時(shí)顯示，故障消除時(shí)，顯示也隨之消失。輕度故障不彈出本窗口。
16、 故障信息處理
故障查詢窗口對故障種類及發(fā)生位置作出精確定位后，可以返回后通過主界面的幫助菜單尋求解決方案。
17、 運(yùn)行波形顯示
變頻器利用波形顯示窗口可以實(shí)時(shí)顯示輸入或輸出的電流、電壓波形，同時(shí)提供輸入輸出的功率和功率因數(shù)計(jì)算值顯示，并具有通道選擇，波形縮放、波形實(shí)時(shí)顯示及保持功能。
18、 運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄
變頻器具有自動(dòng)記錄運(yùn)行參數(shù)的功能。變頻器發(fā)生的每一次操作以及對應(yīng)時(shí)刻也相應(yīng)記錄在案。
19、 運(yùn)行記錄設(shè)定
變頻器運(yùn)行時(shí)自動(dòng)記錄的參數(shù)包括給定頻率、輸出頻率、輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓、輸入功率、輸出功率、輸入功率因數(shù)、輸出功率因數(shù)、實(shí)際壓力、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等。以上所有運(yùn)行參數(shù)連同記錄的時(shí)刻一起同時(shí)被記錄，而與參數(shù)前的選項(xiàng)無關(guān)。所有記錄的運(yùn)行參數(shù)按文本文件格式存放于工控機(jī)硬盤之中，每天作為一個(gè)文件，以日期作為文件名。
20、 記錄查看和報(bào)表打印
可根據(jù)需要選擇顯示參數(shù)，沒有選擇的參數(shù)，系統(tǒng)將不予顯示和打印。本窗口提供打印的時(shí)間段選擇，顯示該時(shí)間段內(nèi)所記錄的運(yùn)行參數(shù)以便打印輸出，并可將記錄參數(shù)復(fù)制到軟盤上。
21、 遠(yuǎn)程/本機(jī)控制方式
變頻器具有本機(jī)和遠(yuǎn)程控制兩種方式。當(dāng)選擇“遠(yuǎn)控”時(shí)，可通過DCS系統(tǒng)對變頻器進(jìn)行控制，也可在現(xiàn)場或集中控制室的遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)對變頻器進(jìn)行控制。變頻器主界面相應(yīng)的軟件控制按鈕失效；當(dāng)選擇“本控”時(shí)，變頻器主界面的軟件控制按鈕生效，而遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制功能同時(shí)失效。
22、 運(yùn)行模式
變頻器具有開環(huán)運(yùn)行、閉環(huán)運(yùn)行、軟啟動(dòng)、正常停機(jī)、急停等多種運(yùn)行模式。
23、 報(bào)警和復(fù)位
當(dāng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，提供音響報(bào)警�？捎谩皥�(bào)警解除”按鈕消除報(bào)警的音響。變頻器運(yùn)行時(shí)，“系統(tǒng)復(fù)位”按鈕無效。其他情況下，“系統(tǒng)復(fù)位”按鈕可對工控機(jī)和控制器發(fā)出復(fù)位命令。
24、 上位機(jī)監(jiān)控界面
在“遠(yuǎn)控/本控”開關(guān)處于“遠(yuǎn)控”位置時(shí)，變頻器不僅可通過遠(yuǎn)程操作開關(guān)按鈕進(jìn)行控制，還可通過上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。上位機(jī)可直接對其實(shí)現(xiàn)起�？刂啤㈩l率設(shè)定、功能設(shè)定、電機(jī)參數(shù)設(shè)定、變頻器參數(shù)設(shè)定、故障查詢、DA設(shè)定等各種監(jiān)控功能。上位計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如下：
四、 安裝和試運(yùn)行
該技改項(xiàng)目于2002年10月上旬開始安裝調(diào)試，于10月下旬投入試運(yùn)行。至今運(yùn)行時(shí)間并不長，僅僅5個(gè)月左右。自投入試運(yùn)行至今，運(yùn)行平穩(wěn)，整個(gè)系統(tǒng)安全、可靠、監(jiān)控系統(tǒng)清晰、全面，操作便捷，控制自序靈活。
五、 效益評估
作為一個(gè)高科技的產(chǎn)品或設(shè)備，都應(yīng)具有一定的節(jié)能降耗這一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和必備的要素。而對某一項(xiàng)技改項(xiàng)目的效益要進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)，應(yīng)該說是一個(gè)十分嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)問題，按貫例應(yīng)申報(bào)項(xiàng)目，由政府專職權(quán)威部門經(jīng)過實(shí)地科學(xué)測試和各種試驗(yàn)、計(jì)算、復(fù)核、審查、確認(rèn)等環(huán)節(jié)。所以我們在此談效益，講成果，只是對企業(yè)自身的切身利益而言的效益和評價(jià)。就此而言，該系統(tǒng)在未安裝變頻調(diào)速裝置前，輸水量在10-13萬噸/d，按供電部門計(jì)費(fèi)計(jì)量表計(jì)為準(zhǔn)，其運(yùn)行平均電耗為500kw·h/萬噸，而安裝試運(yùn)了變頻調(diào)速裝置后，輸送水量也為10-13萬噸/d，其運(yùn)行平均電耗為300-320kw·h/萬噸。根據(jù)輸水需求預(yù)測，近兩年內(nèi)，年、日平均輸水量為13萬噸和15萬噸。按上述對比值和預(yù)測量，經(jīng)推算，按每萬噸180kw·h和120 kw·h計(jì)算，兩年可節(jié)電量149萬kw·h；若按0.6元/kw·h計(jì)算為89.4萬元。也就是說兩年內(nèi)能全部收回投入資金，可見其經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時(shí)，由于該系統(tǒng)的投運(yùn)，提高了供水的可靠性和安全的保證性。安全、正常、不間斷的恒壓供水是社會(huì)民眾對供水行業(yè)服務(wù)質(zhì)量最基本的要求。所以說，該系統(tǒng)的投運(yùn)對企業(yè)兩個(gè)效益不斷提高可謂是錦上添花。
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