高壓變頻裝置在浙江上虞自來水公司加壓泵站應用探討

一、 項目設計背景
　　因地制宜、審時度勢地應用引入、試行推廣“四新”技術，是現代企業科技進步和兩個效益不斷提高及穩步發展的一項重要途徑和手段。該項目的增壓泵站是為設計能力日產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，距下游自來水生產廠22公里，選用DN1200MM壓力輸送管。根據輸水工程項目設計方案，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，當輸送量超過10萬噸/d時，需通過增壓泵輸送。該增壓泵站設計選用10KV/355KW機組，提升揚程為13米，額定流量為7200噸/h，啟動方式為液阻降壓啟動，配機組兩套，一備一用。
　　泵站自2002年6月投入試運行。但由于實際需求輸水總量為10-12萬噸/d，所以只能依靠調節出口閥門開度來調節流量，以保證生產廠的處理平衡的需求。這不但操作麻煩、難以控制，而且能源浪費大。同時，根據預測，在近二、三年內還尚未能達到16萬噸/d的需求量。鑒此，為了資源的合理利用和能源的節約，保證輸水管網的安全可靠運行，擬考慮安裝變頻調速裝置，并經過經濟技術評估，認為是可行的，于2002年9月籌劃建設該技改項目。通過社會調查和篩選，決定選用北京利德華福HARSVERT－A10/30變頻調速裝置。
二、 系統方案
1、 一次結線方案為一控二手動預置及變頻/液阻啟動運行方式手動預選模式；
2、 系統監控和操作為本機（現場）操作和上位計算機集控室操作兩種模式；
3、 運行控制方式是近期為開環控制，當達到設計生產能要求時，實行閉環控制。
三、 系統功能及說明
　　通過變頻器主界面可以進行變頻器的功能設定、參數設定、實時波形顯示、運行記錄打印、故障查詢。
　　通過主界面可對變頻器直接進行啟動、設定運行頻率、停機、急停和復位等操作。
2、 參數設置功能設定：設置允許和設置禁止
　　設置允許－－是用于停機狀態下對變頻器和電機參數的設定、修改和保存；
　　設置禁止－－是用于不管變頻器當前處于運行或停機狀態下進行設定參數查看，但所作修改和新設定均無效，系統不予保存。
3、 運行方式設定
　　用于選擇變頻器開環或閉環運轉方式和遠控或本控方式的設定。
4、 頻率設定選擇
　　由計算機設定和模擬設定兩種方式，即可通過主界面或上位機和接受外部0-10V或4-20MA模擬設定信號。
5、 上位機參數修改
　　通過遠控/本控開關和配合使用“參數設置功能設定”，實現在上位機上進行設定和修改參數有效與否。
6、 上位機控制
　　通過遠控/本控開關和配合使用“參數設置功能設定”，實現在上位機上進行啟動、停車、急停、復位、設定運行頻率等功能的有效與否。
7、 遠程撥號監控
　　共他計算機通過電話網絡在遠程對變頻器進行控制及運行情況監視。如果該功能“禁止”，則遠程撥號失去對變頻器的控制權，僅有對變頻器運行情況進行監視的功能。
8、 模擬輸出
　　變頻器具備兩個模擬輸入通道，每個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置成頻率、電流、電壓、功率、功率因素、流量、壓力等量。
9、 PID調節器
　　用于輸入調節器的各項參數。PID調節器的比例系數、積分時間常數、微分時間常數在變頻器運行時都可以實時修改，同時按下“應用”按鈕后，新參數立即有效。
10、 模擬輸入信號范圍設定
　　具有四個模擬輸入通道。先從模擬輸入設置對話框選定模擬輸入，然后在界面上對該通道的參數進行設定；先設定通道輸入信號的信號源的性質，然后設定傳感器輸出的最大和最小輸出信號值及其對應的測量范圍。變頻器可以接收0-20MA或0-10V范圍內的任何電流或電壓值模擬信號。
11、 參數設定
　　參數設定窗口用于設定變頻器參數、電機參數以及管理參數，由主界面的參數設定按鈕進入。在運行過程中，除了管理參數修改有效外，其余參數僅在停機時才能修改。
　　在參數設定窗口中，變頻器參數、電機參數可按各參數對應的按鈕，由彈出的軟件鍵盤進行設定。參數修改后，按“取消”鍵，則所作修改無效；按“設定”鍵，則保存修改后的參數值，系統將按新設定的參數運行。
12、 恢復出廠設定
　　系統將出廠設定參數文件拷貝到當前參數文件。“確定”后，系統將按出廠設定運行；“取消”則恢復原參數設置。
13、 參數設定備份
　　將當前所設定的參數作為數據文件保存在硬盤中，以備需要時方便調用。系統總共可保存從save0到save16共17個備份。
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獲知系統的當前狀況及發生過的歷次故障信息，包括故障發生時間、原因及位置。
15、 故障查詢窗口
　　故障查詢窗口在系統出現重故障時自動彈出，當前的故障處于閃爍狀態。故障信息包括功率單元、整流變壓器、電機、控制器、功率柜冷卻風機及現場等各個部分的狀態。當柜門、UPS、電機、變壓器、風機等出現不影響運行的輕度故障時，將在主界面上實時顯示，故障消除時，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、 運行波形顯示
　　變頻器利用波形顯示窗口可以實時顯示輸入或輸出的電流、電壓波形，同時提供輸入輸出的功率和功率因數計算值顯示，并具有通道選擇，波形縮放、波形實時顯示及保持功能。
18、 運行數據記錄
　　變頻器具有自動記錄運行參數的功能。變頻器發生的每一次操作以及對應時刻也相應記錄在案。
19、 運行記錄設定
　　變頻器運行時自動記錄的參數包括給定頻率、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、輸出功率因數、實際壓力、累計運行時間等。以上所有運行參數連同記錄的時刻一起同時被記錄，而與參數前的選項無關。所有記錄的運行參數按文本文件格式存放于工控機硬盤之中，每天作為一個文件，以日期作為文件名。
20、 記錄查看和報表打印
　　可根據需要選擇顯示參數，沒有選擇的參數，系統將不予顯示和打印。本窗口提供打印的時間段選擇，顯示該時間段內所記錄的運行參數以便打印輸出，并可將記錄參數復制到軟盤上。
21、 遠程/本機控制方式
　　變頻器具有本機和遠程控制兩種方式。當選擇“遠控”時，可通過DCS系統對變頻器進行控制，也可在現場或集中控制室的遠程監控計算機對變頻器進行控制。變頻器主界面相應的軟件控制按鈕失效；當選擇“本控”時，變頻器主界面的軟件控制按鈕生效，而遠程監控計算機的控制功能同時失效。
22、 運行模式
　　變頻器具有開環運行、閉環運行、軟啟動、正常停機、急停等多種運行模式。
23、 報警和復位
　　當系統在發生故障時，提供音響報警。可用“報警解除”按鈕消除報警的音響。變頻器運行時，“系統復位”按鈕無效。其他情況下，“系統復位”按鈕可對工控機和控制器發出復位命令。
24、 上位機監控界面
　　在“遠控/本控”開關處于“遠控”位置時，變頻器不僅可通過遠程操作開關按鈕進行控制，還可通過上位計算機進行遠程集中監控。上位機可直接對其實現起停控制、頻率設定、功能設定、電機參數設定、變頻器參數設定、故障查詢、DA設定等各種監控功能。上位計算機的遠程監控界面如下：
四、 安裝和試運行
　　該技改項目于2002年10月上旬開始安裝調試，于10月下旬投入試運行。至今運行時間并不長，僅僅5個月左右。自投入試運行至今，運行平穩，整個系統安全、可靠、監控系統清晰、全面，操作便捷，控制自序靈活。
五、 效益評估
　　作為一個高科技的產品或設備，都應具有一定的節能降耗這一項重要的技術經濟指標和必備的要素。而對某一項技改項目的效益要進行總結和評價，應該說是一個十分嚴肅認真的科學問題，按貫例應申報項目，由政府專職權威部門經過實地科學測試和各種試驗、計算、復核、審查、確認等環節。所以我們在此談效益，講成果，只是對企業自身的切身利益而言的效益和評價。就此而言，該系統在未安裝變頻調速裝置前，輸水量在10-13萬噸/d，按供電部門計費計量表計為準，其運行平均電耗為500kw·h/萬噸，而安裝試運了變頻調速裝置后，輸送水量也為10-13萬噸/d，其運行平均電耗為300-320kw·h/萬噸。根據輸水需求預測，近兩年內，年、日平均輸水量為13萬噸和15萬噸。按上述對比值和預測量，經推算，按每萬噸180kw·h和120 kw·h計算，兩年可節電量149萬kw·h；若按0.6元/kw·h計算為89.4萬元。也就是說兩年內能全部收回投入資金，可見其經濟效益十分明顯。同時，由于該系統的投運，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民眾對供水行業服務質量最基本的要求。所以說，該系統的投運對企業兩個效益不斷提高可謂是錦上添花。