污水站水泵变频改造

张文斌

（龙宇能源股份有限公司车集选煤厂，河南 永城 476600）

河南龙宇能源股份有限公司车集选煤厂设计入洗能力180万t/年，采用“跳汰+浮选”联合工艺流程，经技术改造后现入洗量300万t/年。其中污水站用电回路属于中压系统，部分净化水由2台单级双吸泵输给煤化工企业，每台额定功率400kW，年耗电量约80万kW·h。由于水泵负载多是根据满负荷工作需要选型，实际应用功率裕量较大，耗能严重。为节能降耗，选煤厂对单机双吸泵进行了变频调速改造。

一、变频调速的效果

水泵的转矩和转速平方成正比，功率和转速立方成正比。所以，只要平均转速稍微降一点，负载功率就下降很多，从而达到节能效果。单机双吸泵由电机直接带动，转速恒定，靠闸阀调节水量，造成能源浪费，且启动电流冲击电网，设备振动及水泵有“水锤”现象。采用变频调速，可根据需要方便的控制速度，节能效率接近40%，且变频器可实现电机的软启软停，避免了启动时对电网的冲击，减少了电机故障率，延长使用寿命，降低了对电网的容量要求和无功损耗，消除了水泵骤停产生的“水锤效应”。

二、变频调速原理和变频器的结构

从异步电动机转速公式n=60f/P可知：保持极对数不变，把电网50Hz恒定频率的交流电变成可调频率交流电，供给普通的交流异步电动机作电源用。变频器主电路包括整流单元、高容量电容、逆变器和控制器等，其中整流单元将交流电变换成直流电。高容量电容储存转换后的电能。逆变器是由大功率开关晶体管阵列组成的电子开关把直流电转换成不同频率、宽度、幅度的方波。控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度和脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电驱动电机工作。

三、实施方法

单机双吸泵主要技术参数：流量Q=1 792m3/h，扬程63m，转速1 480r/min，气蚀余量5.8m，匹配电机功率400kW，电机型号Y4002-4，额定电压6 000V，频率50Hz，额定电流47.61A，转速1 485r/min，功率因数0.80。

对2台泵变频调速改造采用SIEMENS变频系统，其中核心部件变频器，选用了罗宾康完美无谐波6SR3502-6(450kW，70A，6kV/6kV，IP31)变频器柜及U11功率单元旁路，配套国产高压全自动工频旁路柜和高压全自动断路器柜。2台泵由1台变频器以“一拖二”方式进行控制，通过转换控制设备和旁路设备，实现开停机、调速、变频和工频切换等操作。变频器出现故障时可采用工频运行方式，保证不停产。

四、6SR3502-6变频控制柜操作方式

该变频控制柜具有就地和远程2种操作方式，同时为了防止因变频器故障而造成电机停止，备有工频旁路。

1.具备“就地远程”转换开关。2.具备“变频工频”转换开关。

3.远程与就地控制功能互锁。

4.变频控制与工频控制功能互锁。

5.就地变频控制时的频率通过调速电位器进行调节。

6.当变频器出现故障时，变频故障指示灯亮，记下变频故障代码，可通过变频器面板或重启变频器进行故障复位，然后进行重启，若故障仍无法排除，向厂家寻求技术支持。

五、变频器维护保养注意事项

1.观察工作电流是否超过变频器、电机的容许电流及三相电流是否平衡。

2.观察电源电压变化。

3.检查变频器、电抗器的发热情况及有无异常声音、振动、气味。

4.检查变频器的通风情况，防止风道堵塞，冷却风扇有无异常振动和噪声，并保持变频器的清洁状态。

5.观察操作面板、仪表显示、指示灯有无异常情况。

6.检查各连接部位有无松动、电器元件是否过热，断路器、交流接触器、按钮、调速电位器是否完好灵敏可靠。

7.维护操作应在断开电源10min后进行，此时充电指示灯熄灭，避免触电危险。

六、变频器故障原因分析

1.过电流跳闸。

(1)重新启动时一升速就跳闸，原因如下：

①负载侧短路；②工作机械卡住；③逆变管损坏；④电机启动转矩过小，拖动系统转不起来。

(2)重新启动时不跳闸，运行中跳闸，可能原因如下：

①升速时间设定太短；②降速时间设定太短；③转矩补偿(U/f)设定较大，引起低频时空载电流过大；④电子热继电器整定不当，动作电流设定太小，引起误动作。

2.电压跳闸的原因分析。

(1)过电压跳闸，原因如下：

①电源电压过高；②降速时间设定太短；③降速时再生制动的放电单元工作不理想。

(2)欠电压跳闸，可能原因如下：

①电源电压过低；②电源缺相；③整流桥故障。3.电机不转。

(1)功能预置不当，再预置注意事项如下。

①上限频率必须大于基本频率的预置值；②使用外接给定时，未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预定；③其他不合理预置；④启动信号未接通。

(2)其他：变频器电路故障、电动机启动转矩不够、机械有卡住现象等。

七、变频改造效果评价

1.变频启动对电网无冲击，单级双吸泵投入变频启动时，软启动功能避免了启动电流冲击。

2.按需无级调节输水量，保证给水效率，避免了浪费。

3.调节操作简单方便，无须调节闸阀控制。

4.可根据需要选择工频、变频运行方式。

5.节能效果明显，投入变频运行，设备不再处于满负荷状态，节能率达30%以上。

八、变频改造效益分析

变频器投运后，应用效果较理想。以0.8为标准值的功率因数调整电费表，选煤厂供水时间约10h/d，月均运行28d，按国家规定的用电峰谷时段，综合电价为0.694 6元。

1.经济效益分析。以单台泵开机为参考，投入变频装置后，功率因数提高到0.95，功率因数0.8增收电费3%、功率因数0.95减收电费1.1%，月节省电费3 189.6元。

2.变频节能效益。水泵变频前运行电流39A，变频后29A，年节电20.16万kW·h，折合成标煤约为24.78t，节省电费约14万元。

[1]张文斌.基于变频调速技术在选煤厂循环水泵的改造应用[J].煤矿机械，2013，(07)：176-177.