米铺水厂送水泵变频改造

米铺水厂送水泵变频改造

黄辉

（海口威立雅水务有限公司 海口 570208 ）

摘要：海口米铺水厂送水泵原为工频控制,水厂根据调度指令启停水泵控制送入管网水量及压力，不利于水厂高效运行和节能控制。为满足生产需要和实现管网压力平衡，对送水泵进行变频改造。本文简述米铺水厂送水泵变频改造情况，以期提供有益参考。

关键词： 送水泵 高压电机 变频调速 PID调节 上位机监控

1 前言

海口米铺水厂送水泵房配有6台离心式水泵，配套10KV高压电机，1、3、6号泵扬程28m、流量3500m3/h，功率370KW；2、4、5号泵扬程25m，流量3000m3/h，功率280KW。6台泵原先均是工频控制,水厂根据调度指令启停水泵控制送入管网水量及压力，调节范围有限，造成管网压力难以稳定，不利于水厂的高效运行和节能控制。为满足生产需要和实现管网压力平衡，对送水泵进行变频改造。

2 改造需求

把1号泵增加高压变频器系统，通过变频器控制水泵高压电机，根据出厂水量增减和管网压力变化需求调整电机输出频率，实现取/送水输出稳定压力值，满足送水量变化和管网压力间的平衡。

改造利用以下变频驱动特点：

（1）送水泵属重载设备，启动力矩大，负载特性为恒转矩类，机械特性强硬，动态特性要求高。变频器低速时具备大扭矩输出能力，带载能力强，确保电机在重载情况下平滑软启动。

（2）变频器采用矢量模式或自动转矩提升模式控制，能自动根据送水泵负载不同调节自身输出特性。输出频率可在线调整。

（3）变频器能实现送水泵过电压、过电流及失速保护。

（4）采用交流变频和微机控制，通过检测泵电机转子回路电流变化，自动跟踪电机转速变化，控制变频器把50HZ交流电转变成与异步电机转子电流频率相同的电势，施加到电机的转子绕组上，改变电机的定子和转子电流相位，使电机功率因数提高，无功功率减少，定子电流大幅降低。随着绕电机转子补偿电压逐步升高，定子侧无功功率逐渐减少，功率因数逐步上升，定子电流逐渐减少。当补偿电压达到一定值后定子侧无功功率减少到接近为零，功率因数上升到近似于1。

（5）变频器可手动或自动根据管网压力实时调频，稳定输送管网压力，减少水泵用电消耗，增加寿命。

3 设备配置

1）高压馈线柜使用高压电缆连接高压变频器；2）高压变频器使用汇川HD90S-J100/630-DN（带手动旁路柜），高压电缆连接送水泵电机；3）压力传感器采用西门子7MF系列压力传感器，安装在送水泵出口管道上；4）压力信号回传给高压变频器，供高压变频器做PID调节。

4 主回路系统

（1）10kV电源经高压馈线柜连接到高压变频装置，变频装置输出送至高压电机。原高压柜至电机电缆改为高压柜—高压变频器—高压电机。

（2）变频器系统设计有手动旁路柜，一旦变频器故障停止运行，可人工手动启动旁路柜让电机旁路工频运行。

（3）QS2与QS3断路器信号节点互锁，不会产生误操作，保证变频器系统安全。

（4）控制方式为给定管网压力值，由变频器PID系统自动调频实现管网压力的稳定（详见下图）。

5、技术选型

采用汇川HD90S-J100/630-DN单元串联多电平电压源型高压变频器，其主要特点：

（1）高-高电压源型变频调速系统，能很好的在低速下输出高转矩满足转矩要求。

（2）采用有速度传感器或无速度传感器矢量控制，能自动根据设备负载的不同调节自身输出特性。

（3）具有过电压、过电流、欠电压、缺相、超频保护、失速保护、变频器过载、变频器过热、电机过载, 输出接地, 输出短路、半导体器件过热保护、瞬时停电保护、光纤故障等保护功能。

（4）采用多个高性能微处理器协调控制，完成调速系统的实时状态监测和控制。控制系统主要由主控单元，操作界面（HMI），PLC等部件构成。

（5）设远程/本地选择开关，选择就地或远程控制。

6 上位机监控

（1）将高压变频器作为原西门子PLC下挂的子站，采用profibus-dp通讯板卡与系统原PLC通讯。

（2）上位机将压力控制信号及运行指令通过以太网下传给原系统PLC，经逻辑判断后通过profibus网络下传给高压变频器。高压变频器依据压力反馈信号采用PID算法控制水泵电机转速，保持出水压力稳定。

（3）高压变频器将其运行状况通过profibus网络上传给PLC，PLC编程将运行数据处理后通过以太网上传给系统上位机。上位机经过绘制运行画面及链接通讯变量，达到实时显示及控制作用。

7 改造注意事项

（1）高压变频器体积大，需确认安装位置是否符合国家相关要求。尽量安装在原馈线柜到电机电缆走向附近以节省电缆变动投资；综合考虑安装空间余量、散热、吊装及维护空间需求；接入上位机考虑通讯电缆长度是否超过相关限制。

（2）选用可靠性、稳定性高。技术成熟、应用业绩多，运行维护成本低的方案与产品。选择技术力量强的供应商和最经济的投资方案。

8 结束语

米铺水厂送水泵房10KV高压水泵变频改造完成投用至今，设备运行安全、稳定，满足水厂生产需要和实现管网压力的平衡。实际应用证实变频改造方案与产品具有较高的性价比。

作者简介：黄辉（1972- ），男，海南海口人，本科学士，工程师，主要从事给排水行业生产、经营等管理工作。