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水泵的調速及有關節能方案的選擇

摘要:對偏離高效區運行的水泵,一些單位相繼采用機械液力藕合器、電氣串極(內反饋)、變頻等多種調速技術進行改造,三種節能調速系統中因變頻調速無能量損失、效率高等特.點,被公認為是交流電機調速的主流技術。但水泵節能改造并不是一調而就,而最有效的節能改造方案是切削葉輪或更換合適揚程的高效率水泵;對于調速水泵基本運行在低頻率狀態的拖動系統,通過計算更換為低轉速小功率的電動機,節能效果也相當顯著。

關鍵詞:節能調速;高效率水泵;高效區;無功損耗;基本電費

  作者簡介:徐云國 福州市自來水總公司,福州350001
供水泵房設計選型時,通常是在考慮滿足最大供水量等最不利因素的情況下選擇水泵參數,這就造成了不少水泵揚程偏高,運行時偏離設計揚程,常常運行在低揚程、大流量、低效率區,不僅浪費電能而且也易導致電動機過熱。目前最通用的解決方法之一是對電動機進行速度調節,使水泵在經濟高效區運行;但有時投資最少,節能效果最顯著的方法卻是切削葉輪或更換合適揚程的高效率水泵! 1、調速系統方案 供水行業于20世紀80年代開始推廣應用調速技術,調速實際上是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的需求,調速技術在供水企業起到了“節能調速”和“工藝調速”兩大作用。隨著電力電子技術的不斷發展,調速技術也由最初的機械液力禍合器調速、電氣串極(內反饋)調速,發展到如今普遍采用的變頻調速。
調速可以使水泵的運行工況點始終趨于高效區,但隨著轉速的不斷降低,水泵的高效區域也在不斷縮小。由于各種調速裝置的效率不同,因而不同的調速系統具有不同的節能效果。常用的調速方法有以下幾種! 1.1機械液力禍合器
在電機和負載之間靠液體作用聯接,該方法有以下特點:①調速范圍小,在60%一95%之間,存在死角;②運行效率低,只大于80 0,6,且速度越低,效率也越低;③雖然初期投資小,但日后維護費用高;④調節精度低,響應速度慢;⑤故障時,電機不能傍路運行;⑥電機不能軟啟動! 1.2電氣串級(內反饋)調速
串級調速特點有:①調速范圍小,在60%一95%之間,存在死角;②電機功率因數及效率較低;③需要采用內反饋繞線式專用電動機和頻敏電阻啟動電路;④調節精度低,響應速度慢,可控性差;⑤故障時,電機能傍路運行;⑥要用到碳刷,低壓接觸器維護工作量大;⑦只適用四極及以上轉速電機! 1.3變頻調速
目前用于供水行業的變頻器,從電壓等級上分有低壓、中壓、高壓三種,即380 V,690 V,3.3 kV,6 kV,10 kV o 380 V變頻器基本上是采用IGBT或GTO功率模塊,IGBT具有可控制性強、電流密度大、開關時間短、開關頻率高、動作安全保護可靠等優點。380 V變頻器制造技術已相當成熟,質量穩定,價格比較低,電動機可以傍路運行,但由于運行電流的限制,一般容量不宜大于400 kW。690 V變頻器介于低壓變頻器和中壓變頻器之間,可靠性高,適宜于容量在300--600 kW電機調速,缺點是需要另外配置獨立的降壓變壓器,無法傍路運行,適宜新安裝的或需要更換電動機的泵組。
中高壓變頻器多采用如下“高一高”電壓源型變頻器! 1.3.1三電平拓撲結構
如ACS1000產品,采用IGCI,功率器件,最高電壓等級為4kV, MV系列產品,采用IGBT功率器件,最高電壓等級為6kV。此類產品容量在315~5000kW,性能穩定、可靠性高、連續無故障運行時間長,但當變頻器發生故障時,電動機不能傍路運行! 1.3.2單元串聯多電平
變頻器主要由多重繞組移相降壓變壓器、多個IGBT逆變單元模塊串聯疊加和控制器組成。額定電壓有3.3 kV, 6kV,10kV三個等級。3.3kV變頻器由12個功率模塊組成,6kV變頻器由21個功率模塊組成,10kV變頻器由24個功率模塊組成。變頻器一般與供電線路及電動機額定電壓相同,發生故障時電動機可以傍路運行,采用這類變頻器改造時不需要更換電動機。

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