污水站水泵變頻改造

張文斌

（龍宇能源股份有限公司車集選煤廠，河南 永城 476600）

河南龍宇能源股份有限公司車集選煤廠設計入洗能力180萬t/年，采用“跳汰+浮選”聯合工藝流程，經技術改造后現入洗量300萬t/年。其中污水站用電回路屬于中壓系統，部分凈化水由2臺單級雙吸泵輸給煤化工企業，每臺額定功率400kW，年耗電量約80萬kW·h。由于水泵負載多是根據滿負荷工作需要選型，實際應用功率裕量較大，耗能嚴重。為節能降耗，選煤廠對單機雙吸泵進行了變頻調速改造。

一、變頻調速的效果

水泵的轉矩和轉速平方成正比，功率和轉速立方成正比。所以，只要平均轉速稍微降一點，負載功率就下降很多，從而達到節能效果。單機雙吸泵由電機直接帶動，轉速恒定，靠閘閥調節水量，造成能源浪費，且啟動電流沖擊電網，設備振動及水泵有“水錘”現象。采用變頻調速，可根據需要方便的控制速度，節能效率接近40%，且變頻器可實現電機的軟啟軟停，避免了啟動時對電網的沖擊，減少了電機故障率，延長使用壽命，降低了對電網的容量要求和無功損耗，消除了水泵驟停產生的“水錘效應”。

二、變頻調速原理和變頻器的結構

從異步電動機轉速公式n=60f/P可知：保持極對數不變，把電網50Hz恒定頻率的交流電變成可調頻率交流電，供給普通的交流異步電動機作電源用。變頻器主電路包括整流單元、高容量電容、逆變器和控制器等，其中整流單元將交流電變換成直流電。高容量電容儲存轉換后的電能。逆變器是由大功率開關晶體管陣列組成的電子開關把直流電轉換成不同頻率、寬度、幅度的方波?？刂破靼丛O定的程序工作，控制輸出方波的幅度和脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電驅動電機工作。

三、實施方法

單機雙吸泵主要技術參數：流量Q=1 792m3/h，揚程63m，轉速1 480r/min，氣蝕余量5.8m，匹配電機功率400kW，電機型號Y4002-4，額定電壓6 000V，頻率50Hz，額定電流47.61A，轉速1 485r/min，功率因數0.80。

對2臺泵變頻調速改造采用SIEMENS變頻系統，其中核心部件變頻器，選用了羅賓康完美無諧波6SR3502-6(450kW，70A，6kV/6kV，IP31)變頻器柜及U11功率單元旁路，配套國產高壓全自動工頻旁路柜和高壓全自動斷路器柜。2臺泵由1臺變頻器以“一拖二”方式進行控制，通過轉換控制設備和旁路設備，實現開停機、調速、變頻和工頻切換等操作。變頻器出現故障時可采用工頻運行方式，保證不停產。

四、6SR3502-6變頻控制柜操作方式

該變頻控制柜具有就地和遠程2種操作方式，同時為了防止因變頻器故障而造成電機停止，備有工頻旁路。

1.具備“就地遠程”轉換開關。2.具備“變頻工頻”轉換開關。

3.遠程與就地控制功能互鎖。

4.變頻控制與工頻控制功能互鎖。

5.就地變頻控制時的頻率通過調速電位器進行調節。

6.當變頻器出現故障時，變頻故障指示燈亮，記下變頻故障代碼，可通過變頻器面板或重啟變頻器進行故障復位，然后進行重啟，若故障仍無法排除，向廠家尋求技術支持。

五、變頻器維護保養注意事項

1.觀察工作電流是否超過變頻器、電機的容許電流及三相電流是否平衡。

2.觀察電源電壓變化。

3.檢查變頻器、電抗器的發熱情況及有無異常聲音、振動、氣味。

4.檢查變頻器的通風情況，防止風道堵塞，冷卻風扇有無異常振動和噪聲，并保持變頻器的清潔狀態。

5.觀察操作面板、儀表顯示、指示燈有無異常情況。

6.檢查各連接部位有無松動、電器元件是否過熱，斷路器、交流接觸器、按鈕、調速電位器是否完好靈敏可靠。

7.維護操作應在斷開電源10min后進行，此時充電指示燈熄滅，避免觸電危險。

六、變頻器故障原因分析

1.過電流跳閘。

(1)重新啟動時一升速就跳閘，原因如下：

①負載側短路；②工作機械卡??；③逆變管損壞；④電機啟動轉矩過小，拖動系統轉不起來。

(2)重新啟動時不跳閘，運行中跳閘，可能原因如下：

①升速時間設定太短；②降速時間設定太短；③轉矩補償(U/f)設定較大，引起低頻時空載電流過大；④電子熱繼電器整定不當，動作電流設定太小，引起誤動作。

2.電壓跳閘的原因分析。

(1)過電壓跳閘，原因如下：

①電源電壓過高；②降速時間設定太短；③降速時再生制動的放電單元工作不理想。

(2)欠電壓跳閘，可能原因如下：

①電源電壓過低；②電源缺相；③整流橋故障。3.電機不轉。

(1)功能預置不當，再預置注意事項如下。

①上限頻率必須大于基本頻率的預置值；②使用外接給定時，未對“鍵盤給定/外接給定”的選擇進行預定；③其他不合理預置；④啟動信號未接通。

(2)其他：變頻器電路故障、電動機啟動轉矩不夠、機械有卡住現象等。

七、變頻改造效果評價

1.變頻啟動對電網無沖擊，單級雙吸泵投入變頻啟動時，軟啟動功能避免了啟動電流沖擊。

2.按需無級調節輸水量，保證給水效率，避免了浪費。

3.調節操作簡單方便，無須調節閘閥控制。

4.可根據需要選擇工頻、變頻運行方式。

5.節能效果明顯，投入變頻運行，設備不再處于滿負荷狀態，節能率達30%以上。

八、變頻改造效益分析

變頻器投運后，應用效果較理想。以0.8為標準值的功率因數調整電費表，選煤廠供水時間約10h/d，月均運行28d，按國家規定的用電峰谷時段，綜合電價為0.694 6元。

1.經濟效益分析。以單臺泵開機為參考，投入變頻裝置后，功率因數提高到0.95，功率因數0.8增收電費3%、功率因數0.95減收電費1.1%，月節省電費3 189.6元。

2.變頻節能效益。水泵變頻前運行電流39A，變頻后29A，年節電20.16萬kW·h，折合成標煤約為24.78t，節省電費約14萬元。

[1]張文斌.基于變頻調速技術在選煤廠循環水泵的改造應用[J].煤礦機械，2013，(07)：176-177.