阳城电厂水源地取水升压泵变频改造设计方案

崔 益

（阳城国际发电有限责任公司，山西 阳城 048102 ）

1 概述

阳城电厂水源地用水取自距厂址西南约6KM处的延河泉，比厂区标高低220M，在保证率为97%的情况下最小日平均流量为2.1m3/h。补水管采用直埋方式敷设至厂区，共敷设两条补水管，管径为1000mm，管线长9.8km，配置4台补给水泵。取水升压泵为英国生产的三级离心式取水升压泵，流量2880m3/h，扬程232m；原设计中在正常运行的情况下，两台取水升压泵运行，两台泵备用，可以满足厂区8台机组生产用水及所有生活用水。

由于补给水泵出口压力大，输水管线较长，落差较大，且地形复杂，补给水泵启停时要产生水锤。为有效防止水锤影响，补给水泵出口门设计为液控缓关逆止阀，并在每条输水管线上安装有16组双向排空阀。

2 改造原因

由于在建设初期设计的取水容量较大，在机组全部建成投产后,水源地的实际运行工况是:两台取水升压泵运行,两台泵备用情况下,不但能够满足全厂生产用水及所有生活用水，而且还要有相当水量的富余。因此必须进行富余水量的排放工作，这必将会加大电厂的污水排污量,势必造成了极大资源浪费以及人力、财力、物力的的重大损失。由于在电厂建设初期的原设计中还没有关于电机调速的相关设计成熟经验,对取水升压泵电机进行速度调控设计在当时的设计技术等综合条件下十分不现实,因此所有设计的四台取水升压泵电机全部为工频运行（50 Hz）方式设计,不能进行对电动机进行转速控制及调节，因此也就不能对取水升压泵的取水流量进行有效的控制。这样，显然已不能满足现实的现场实际要求.采取一种能够有效控制电动机的转速以及电机出力的方法是解决这一问题的关键所在. 在这种情况下进行变频改造则会很好地解决这个问题。

3 变频器简介

变频器使用的是美国罗宾康公司设计制造的完美无谐波变频器交流变频电动机驱动系列装置，它为标准三相交流中压感应电动机应用而设计。异步电机由于具有经久耐用、结构简单、适应性强、价格低廉等特点而得到广泛应用。另一方面，同步电机应用于对效率要求比较高的场合。然而，在由公用电网（60 或50Hz ）供电时，电机速度是固定的。完美无谐波系列变频器可以在不影响电机性能的前提下进行调速。变频器通过将固定频率、固定电压的公用电源转换为可变频率、可变电压的电源而改变电机速度，这种变换是电子式的，无任何运动部件。其现场运行具有多方面的优点：

3.1 该变频器不会使工厂配电系统产生明显的谐波失真，不需要电源滤波器；对敏感设备无干扰，不会使功率因数补偿电容器产生谐振问题；

3.2 该变频器的功率因数很高，在整个速度范围内典型值为95%或更高，无需进行功率因数补偿；

3.3 变频器无需因输出谐波而降低电机的任何额定值。与直接采用电网电压相比，电机不产生额外热量；

3.4 该系列变频器不会产生引起机械共振的转矩脉动；

3.5 该系列变频器不会使电机噪音明显增加；

3.6 该系列变频器不会对电机绝缘产生明显影响。

4 系统介绍及现场问题解决

4.1 一次系统设计

因变频器装置的实际占用空间较大,因此，在现有的6KV配电室进行安装的可能性几乎不存在。综合现场实际场地限制及控制方面等其他因素，最终决定单独设置一变频器装置室,该室为已独立房间设置,安装于水源地6KV配电间于水源地控制中间空闲场地上.。变频器装置室室内安装变频器装置及其附属刀闸柜,电缆采取地下电缆沟敷设方式。水源地的四台取水升压泵电机一共配置两台变频器装置，变频器装置与电动机的连接形式采取地是“一拖二方式”，既一台变频器装置拖动两台连接于同一6kV母线段取水升压泵的电机，同时变频器柜附带两面电源进线及电机出线刀闸柜，每一面刀闸柜连接一台取水升压泵电机的电源进线、变频器输入输出接线以及相应的电动机出线，具体接线见下图。其中K1为变频器进线刀闸；K2为变频器出线刀闸；K3为旁路刀闸。K1、K2、K3间均有机械和电气闭锁。该种接线方式决定了连接于同变频器单元运行的两台取水泵的运行方式为：

4.1.1 两台泵一台泵变频、一台泵工频运行；

4.1.2 两台泵同时工频运行，但是有一种运行方式不能实现，即两台泵不能同时变频运行。因此,这样灵活的一次接线方式能够满足现场实际要求.

4.2 二次系统设计

4.2.1 改造前，四台取水升压泵及所有开关进线的控制均设在水源地控制室，取水升压泵的控制均由安装于马赛克控制屏控制开关进行控制操作，并设有常规的声光报警光字等。每台泵的泵与阀门间的连锁回路设在相应的6KV开关控制柜内，由6KV开关的辅助接点和一时间继电器实现。在改造前运行方式中，取水升压泵与出口蝶阀的连锁关系是：

4.2.1.1 补给水泵启动后3秒，出口液控换关逆止阀自动开启

4.2.1.2 补给水泵停运，出口液控缓关逆止阀自动关闭

4.2.2 改造后，其控制仍然设在水源地控制室，安装一台管理机对变频器进行控制.原有控制只用于控制6KV开关的合断。另外变频器起停控制及连锁逻辑控制可由两个途径完成，采用那种方式可根据现场实际情况而定。这两种方式分别为：

4.2.2.1 全部由变频器完成，即变频器自身具有检测转速功能，同时还能够针对某一转速信号的采集形成相应的脉冲命令发出。该功能能够实现泵阀门连锁逻辑功能。控制室只需安装起停控制面板即可实现，但该方案不能完成对变频器一次系统状况进行监视；各电气设备、变频器、出口蝶阀等故障报警的采集并上传，在现场运行中存在实际安全隐患。采用该方案补充如上述功能后，方可满足现场需求。但该方式工作量小，实现容易，且方法简单。

4.2.2.2 第二种方式加装一套PLC控制柜，即PLC采集变频器转速信号，根据所采集的信号的运算由PLC发出相应开阀与关阀命令，同时对现场的各种电气量非电气量进行采集，可以实现对一次系统断路器、变频器、刀闸状态进行画面监视；各一二次电气设备、出口蝶阀等故障报警事故量的采集并在CRT画面显示及发出报警，该方式控制灵活，可以实现所需的功能。同时，该方案还可以为将来水源地控制进PLC奠定初步基础。经综合比较分析，我厂采用此方案。PLC与变频器及出口蝶阀的连锁逻辑关系为：

（1）停变频器后，PLC须发关阀指令；

（2）PLC发关阀指令后，必须停变频器；

（3）开阀指令在87%转速（1483*87%rpm）时发出，关阀指令在84%转速（1483*84% rpm）时发出；

（4）开阀、关阀信号都为长信号，且互为闭锁；

（5）在正常运行情况下，若全开信号突然消失，则应保护停泵关阀；

（6）报警信号：转速降至84%转速（1483*84% rpm）报警。

4.2.3 在现场运行变频器刀闸柜内K1、K2、K3只有两对辅助触点，且其数量不能满足控制画面、逻辑输出、电气闭锁等控制逻辑需求，且可靠性存在一定问题。因此需在变频器柜加装一定数量的重动继电器回路来满足该需要，结合电气一次系统的接线方式，使得每组变频器及刀闸输出逻辑应能够满足：

（1）区分变频与工频运行方式，且两种运行方式互不影响；

（2）变频改造后，工频运行方式时，原连锁功能仍能够实现；

（3） 一变频一工运行方式下，变频器保护跳闸应正确动作于相应的6kV开关；

（4）一变频一工运行方式下，开阀关阀命令正确被相应阀门所执行，而不会发生错误。

结语

以上是对我厂变频改造的总体介绍。经改造后，实际运行，在变频运行方式下，一台泵电压降低约1KV，电流减小约40A，节省水源的同时，又能在节省电能上带来可观的经济效益。此方式值得推广。

[1]空冷型完美无谐波系列新一代控制高压器变频器用户手册. 2001.