变频器在白眉取水泵站的应用1

变频调速系统在取水泵站的应用福州开发区自来水公司苏闽辰摘要：本文介绍了西门子变频器在福州开发区自来水公司白眉取水泵站的应用情况，并着重对变频器出现的故障进行了分析和探讨。关键词：取水泵站变频器节能故障1引言为福州汇津水务有限公司的二水源，是福州重点建设项目之一。水库位于马尾亭江镇白眉村，总库容1825万立方米，有效库容1500万立方米，日供水10万立方米。正常蓄水位为标高39.8m，最低蓄水位为标高13m，马尾净水厂反应池标高为52.1M。取水泵站负责向净水厂输送源水，于2001年9月8日正式投入使用。变频调速系统在取水泵站的应用，不仅降低能耗、节约成本，而且给运转操作工带来极大的方便，同时由于变频器调速平滑、机械特性硬、保护功能齐全、控制灵活使得设备运行更加平稳，为生产提供了可靠的保障。下面具体介绍该系统的应用情况。2系统介绍取水泵站共设三套变频调速机组，两用一备。变频器均采西门子公司SIMOVERTMASTERDRIVES交－直－交电压源型矢量控制变频调速装置，型号为6SE7135，额定功率500kw，输出电流570A，输出电压0～690V,效率0.96～0.98；长沙水泵厂离心水泵20SAP-14，额定流量Ｑ＝0.6ｍ3/s，扬程Ｈ＝32ｍ，额定转速ｎ＝980rpm，；兰州电机厂的变频电机YPT450-6，功率Ｎ＝500KW，电源660V,效率0.88。该泵站为加压泵站，考虑到管路及机组运行的安全，因此在水泵出水侧装设自动保压式液控蝶阀。泵站由变频器、电机、水泵、液控蝶阀、压力变送器及智能数显表组成联控保护系统。该系统由我们利用西门子矢量变频器的自带控制功能和现有资源自行改造、安装和调试，于2002年1月正式投入运行，目前运行情况良好。该系统解决了投产初期存在的一些问题：变频器与液控碟阀分开操作，运行人员很难控制液控碟阀开启的最佳时机，容易造成运行的不安全；突然停电和变频器故障停机造成机组高速倒转的危险现象等。通过改造将变频器和电机的开停与液控蝶阀的开启、关闭合理有机的实行联控，降低了值班人员的劳动强度，提高了设备的安全系数，延长设备使用寿命；同时该系统增加了变频机组的自动保护系统，有效保证了安全不间断供水。2.1西门子变频调速特点目前市场上的变频器品牌较多。国外品牌有：德国西门子、瑞典ABB、法国Schneider、丹佛斯等；国产品牌有：森兰、利德华、清华同方等。泵站筹建期间，通过对国内外多家变频器厂家的产品进行综合性能价格比较，由于西门子变频器性能各方面均较成熟，而价格也比同2类型变频器略低，最后选择了西门子变频器。西门子变频器的特点：电网电压在±15%范围内波动时，变频器能正常工作；内置PID调节器，支持开放式传输协议PROFIBUS-DP和CAN的工业现场总线，易于实现过程自动化；强大的保护功能，全数字开放式操作显示面板PMU、OP1S，操作简单灵活，便于故障诊断，启动参数可视负载调整，以达到最佳启动效果。2.2节能分析由于水库水位变幅达26.8m，水泵的扬程因水库水位的变化而变化，因此定速机组不可能总保持在一个高效工作点运行，需要进行控制。为满足工艺要求和适应运行工况的改变，水泵调速使机组尽可能始终运行在高效区内，以达到节约电能的目的。表一泵站某日部分时段的生产日报表时间输出电压V输出电流A频率HZ电机转速r/min进水压力Mpa出水压力Mpa出水量M30610263479400.180.432610263479400.180.4346494610263479400.180.4346506610263479400.180.4346298602264479400.180.43462010602264479400.180.434600总计23148表一是在水库平均水位附近的生产日报表。由于扬程H=25m，平均流量Q=0.64m3/s,电机效率η1=0.88，变频器效率η2=0.96，得P=1000HQ/102η1η2=185.68kW若选用定速运行，应用扬程将为59m，得：P1=1000×59×0.64/102×0.88×0.96=438.21kW，则应用变频调速电耗可下降至P/P1×100％＝43.36%。按2003年实际总电耗2306940kW.h，综合电单价0.65元/kW.h计算年节约电费为：(2306940/0.4336-2306940)×0.65＝1958620.92元，可见变频调速系统的节能效果是相当显著的。通过合理调度充分挖掘变频机组的节电能力。投产初期变频机组的运行为固定流量控制方式，极大地浪费了资源。我们经过长时间跟踪检测得，结合水泵工况曲线得出对应水库各水位段的实际高效工作范围，以指导变频机组的调度。表二两种调度方式的比对（水库水位标高29m）项目水库水位m开机时间频率HZ转速r/min出水总量m3用电量KWh电单耗KWh/m3方式一292:00~7:0045900111108320.07489方式二299:00~14:0049980143219620.06721备注：方式一为固定控制单机流量在2100m3/h左右；方式二为依据水库水位变化给定控制流量，保持水泵始终运行在高效段。方式二比方式一节约电耗＝(1-0.06721/0.07489)×100%=10.26%由表二看出通过合理调度可节约电耗10.26％，在雨水丰富高水位时节能效果更为显著。因此，合理调度变频机组的运行相当关键。33运行情况分析3.1故障情况变频器作为白眉泵站的重要设备，运行情况基本达到设计要求，保证了我司的安全不间断供水工作。变频器自投产运行三年多共维修十一次，除2#变频器最早出现的两次故障是由于电子板卡在出厂时就有的瑕疵或运输过程中振动造成的，其它九次故障的主要原因是由于变频器运行环境不佳引起的。变频器故障维修费用共计53581.8元，其中除2#变频器于2004年2月19日的故障维修费用包含现场维修服务费用（约7000元）外，其它故障维修费均为购买电子板的费用。表三变频器维修情况统计表从表三可看出故障最多的是2#变频器。2#变频器自投入试运行不到一百小时就出现了逆变柜超温故障报警停机现象，超温报警现象时有时无。由于此故障的不确定性，西门子公司没有立即派技术人员到现场处理故障。该变频器到2002年1月断断续续运行了415小时后又出现了新的故障，故障现象为变频器输出电流不平衡，电机内部出现异常刮擦声，且电机振动偏大。西门子公司派技术人员到现场检查发现有一束触发光纤没有紧固，且IVI电子板接触不良。经西门子技术人员分析，这两次故障是由于出厂时就有的瑕疵或运输过程振动造成的。3.2故障分析西门子作为国际品牌，其变频器在性能各方面均较成熟，从目前我们了解到的西门子变频器在其它地区的使用情况来看，其产品的质量还是可靠的。白眉泵站变频器故障维修主要集中在更换电子板，主要故障原因是由于运行环境不佳造成得。下面就白眉变频器运行环境问题分析如下：尘埃2004年9月在恢复白眉泵站生产前，对变频器进行了除尘扫灰工作。两周后再次检查变项目故障次数保修期外维修次数维修情况维修费用（元）合计（元）维修日期维修人员维修内容1#变频器4302.07.28西门子人员更换PER3电子板01175004.09.17我司人员更换PSU2电子板950004.09.24我司人员更换EB1电子板225004.09.13我司人员清除主接触器铁心的铁锈02#变频器6402.06.09西门子人员重新接插触发光纤040351.802.07.11西门子人员更换IVI电子板002.12.30我司人员更换PER3电子板1085004.02.19西门子人员更换PSU2电子板16351.804.09.13我司人员清除主接触器铁心的铁锈004.09.24我司人员更换PER3电子板131503#变频器1103.01.10我司人员更换EB2电子板14801480总计11853581.8备注：1.变频器保修期为2001年9月到2002年10月。2.维修费用中除2#变频器于2004年2月19日的故障维修费用包含现场维修服务费用（约7000元）外，其它故障维修费均为购买电子板的费用。4频器柜时，发现柜内灰尘又沉积了许多并有蜘蛛网，由此可见变频器室的灰尘偏多。按照要求变频器应安装在室内尘埃少的环境。潮湿和尘埃是造成变频器内部电子器件生锈、接触不良、绝缘性能降低的重要因素。环境温度温度是影响变频器寿命及可靠性的重要因素，变频器运行环境温度要求－10℃～＋40℃，如长期不用变频器应存放在－10℃～＋30℃为宜。根据两年多来对白眉变频器室日常测量的记录表明运行环境温度为+8℃～＋36℃。说明白眉运行环境温度基本满足要求，但在夏季变频器在备用状态或长期停用时的存放温度不能满足要求。环境湿度白眉泵站所处地年平均相对湿度为79％。通过2004年9月23日至29日每天四次定时对白眉变频器室湿度的跟踪，测得这一时段的平均湿度75.4%，最高湿度为96%。9月下旬为干燥季节，测量的湿度偶尔会超过湿度要求标准（变频器要求相对湿度不超过95%）。如在雨水季节环境的湿度会长时间超过变频器对环境的要求。泵房地处山坳，当湿度太大，温差变化较大时，变频器内部容易出现结露现象，湿气会使得变频器内部电气绝缘性能降低，甚至可能引起短路故障。在2004年6月至9月停产期间，由于对停用变频器的维护保养工作认识不够，泵站变频室没有良好的通风，使变频器存放在闷热的环境中。同年9月份转厂前检查变频器时发现柜内的灰尘沉积很厚，1#、2#变频器的主接触器的铁心生绣，并且两套变频器有两块电子板损坏。这表明由于停用时变频器的存放温度不适宜，且环境潮湿、灰尘偏多是引起变频器故障的主要原因。3.3整改措施鉴于白眉泵站变频器室的环境达不到运行要求，整改势在必行，具体措施如下：将变频器室的送气扇关闭，以减少室外尘埃和飞虫的进入。在变频器柜的进气口加装空气过滤装置，减少尘埃和阻止虫子进入变频器内部。缩短变频器内部吹灰除尘的周期，由原先的一年两次改为根据环境的变化而制定除尘周期，至少每个季度一次。改变原先变频器室开放的通风冷却方式为封闭式的内循环冷却方式。将变频器室与走道隔开，减少尘埃和飞虫的进入。并在变频器室加装空调，以控制室内的湿度和温度，达到降温除湿的目的。同时增设温湿报警装置，以保证变频器安全运行。4总结体会我司技术人员参与了泵站的筹建过程，在此期间对变频机组的安装、调试提出了许多可行性建议。变频机组运行三年多来为我司带来可观得经济效益，虽然变频器由于运行环境等问题出现了较多的故障，并没有给安全生产造成直接影响，同时为我们运行维护积累了较多实践经验。体会如下：合理调度，降低电耗通过长期对变频机组的测试，并结合水泵的工况曲线得出在不同水库水位下机组的高效运行范围，以指导运行人员在满足生产需求的前提下尽可能将变频机组运行在高效段，实现延长设备寿命、安全经济运行的目的。5加强设备停用期间管理工作变频器的故障频发暴露了我们工作的弱点，对于运行环境对变频器的影响重视不够，没有做好预防性维护工作。变频器停用期间也应按照正常运行期间保持环境温湿度在适宜的范围，定期检查并对变频器内部进行除尘。重视培训工作加强对变频器这类技术含量高的设备的技术培训工作。经外派到西门子培训中心学习和多次协助西门子公司技术人员进行故障维修，我司技术人员逐步提高了处理解决故障的能力。按西门子现场维修服务收费标准计算，自修七次共节约了服务费用约34000元。由此可见外派技术人员学习不仅节约了维修费用，同时也缩短了维修周期。问题探讨设计变频机组运行频率上限为62.5HZ。当水库运行在低水位时，变频机组必须运行在工频以上才能满足生产需求。实际在水库低水位17米（标高）以下，机组在工频以上运行时水泵会出现异常轰鸣声，且振动值较大达0.36cm.s（在水位标高25米时振动值为0.1cm.s以下）。就此问题我们继续与设计院、水泵厂家进行探讨，寻找问题所在。参考文献[1]曾毅，王效良，吴皓，张朝平。变频调速控制系统的设计与维护。山东科学技术出版社，2002。[2]韩安荣