为适应不同扬程变化大功率水泵的调速

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发布时间:2017年6月17日


    深圳市东湖泵站采用4台调速机组和2台定速机组,设计供水能力为108万m3/d。简要介绍了该泵站的调速系统、节能效果、存在问题及其维护管理方法。
    正 文 
   0 概况    
    深圳市自来水(集团)有限公司东湖泵站位于深圳水库大坝下面,是一个原水泵站。由于深圳地区严重缺水,其自来水水源来自邻近的东莞,途经83km,经八级提升至深圳水库,再供给深港两地。深圳特区内每天供水量为100多万m3,主要由东湖泵站提供原水。由于近年来,深圳地区降雨量过于集中,造成大部分时间干旱缺水,因此东湖泵站除了供应特区内各水厂的原水,还要向宝安地区供水,东深供水工程检修前还要向梅林水库蓄水以备检修期间使用。因此,东湖泵站供水的特点是:供水量大,每天供水量为100多万m3;年度内供水扬程变化大,泵站机组中心标高为6m,水厂配水井标高为20~40m,而梅林水库标高则为58m ,取水点深圳水库水位标高在16~27m之间变化。因此泵站的机组是很有必要采用调速装置以适应不同扬程变化和水量变化的。    
    东湖泵站由北京市政工程设计研究院设计,于1992年初开工,1993年底完工试运行,1994 年5月正式运行。泵房安装有6台卧式离心泵,单机功率为1 600kW,4用2备,其中4台调速机组选用瑞典ABB产品,配套水泵选用日本KUBOTA产品。2台作为备用的定速机组为湘潭电机和长沙水泵。泵站设计供水能力为108万m3/d,现已基本达到满负荷。   
    1 调速系统特性     
    东湖泵站所采用的调速装置为串级调速系统,是ABB公司90年代新产品,在技术上有一定先进性。其主要控制部分采用微电脑控制,串级调速系统的功能设置、参数设定、运行数据显示等都集中在一块操作屏上,具有灵活、直观的特性。在对电机的监测和保护方面,它也是采用以微电脑为核心的综合保护仪,从而取代了大量的中间继电器,提高了系统的集成度和可靠性。    
    机组在运行时,微电脑动态检测串调系统的各种参数,在显示屏上可以以条状图或数值的方式显示,操作人员可以随时通过按键查看所要的参数。当设备出现故障时,系统自动记录故障信息,故障内容以文字的形式显示在操作屏上,随时可以调用,以协助诊断故障原因。控制系统中还集成有一个六通道记录仪,可以任意选择六个参数与之相连,在液晶显示屏上以曲线的形式实时显示参数的变化情况。当设备发生故障时,通道记录仪可以锁定故障发生前和后一段时间内的信息,通过研究参数变化情况,了解故障发生的原因。     
    在整流桥和逆变桥设计方面,ABB采用了可控的整流桥,通过对整流桥和逆变桥可控硅导通时序的控制,确保逆变桥不会通过整流桥短路。消除了整流桥和逆变桥之间可能存在的环流,在两桥之间通常所采用的直流平波电抗器也可以省去,这样可以节省费用、减少安装空间及平波电抗器的功率消耗、逆变桥和逆变变压器的损耗减少,总体效率提高,因为没有电抗器,整个串级调速系统对供电电源的波动不致于太敏感。     
    此系统具有三种工作模式,即CASCADE(串调)、BYPASS(旁路)、SCRO(转子短路)。三种工作模式既互相联系,又有区别,三者之间可以平滑切换。串调运行时,当转速达到最低串调速度时,串调系统投入,电机速度可以在最高与最低调速范围内调节;旁路运行时,电机带起动电阻起动,然后起动电阻短接,电机全速运行;转子短路运行时,介于串调和旁路方式之间,在调速范围内时,和串调运行方式相同,当给定值大于最大调速范围时,自动转入旁路运行,串调系统脱开,当给定值在调速范围内时,串调系统又自动投入,机组运行在串调方式。   
    2 调速节能效果    
    东湖泵站从1994年5月正式投产至今已有5年多,期间工作方式也发生了很大变化,泵站机组设计扬程为37m,1994年刚开始运行时,调速机组正在调试,主要是运行定速机组。调速机组调试完成后,主要运行的是调速机组。初期,由于供水量小,供水点的标高低,所以机组工作在低扬程、大流量状态,此时机组工作效率低,远离高效区。随着供水量的逐步增加,供水压力逐步上升,机组工作扬程由不足20m提高到33m左右,机组效率大大提高。在1995年 12月以前,机组工作压力基本相同,我们从原始报表中整理了调速和定速工作时的每千m3 水耗电量,列为表1。1996年1月至1998年9月之间,工作方式变化较大。从1998年10月以后,工作状态比较稳定,我们选取1998年11月到1999年6月的数据,列为表2。 
    在表1中,由于调速机组和定速机组同时工作,我们没有区分单机的供水单耗,而只是将调速机组和定速机组分类统计。表2中,1#~4#机组为调速机组,5#和6#机组为定速机组。其中1#和2#工作在调速方式;3#和4#部分时间工作在调速方式,部分时间工作在定速方式。因此,在处理表2时,我们主要对比调速和定速之间的关系。    
    对表1,数据处理如下:    
    节能率=(89.02-52.82)/89.02×100%=40.67%     
    对表2,数据处理如下:     
    1#和2#机组的加权平均单耗为93.91(kW·h/103m3);    
    5#和6#机组的加权平均单耗为117.58(kW·h/103m3);   
    节能率=(117.58-93.91)/117.58×100%=25.21%。   
    通过上述数据分析可以看出,当供水扬程偏低,机组没有工作在高效区时,通过调节电机速度,可以改变工作点,使机组效率提高,因而节能效果十分显著,节能率高达40%;当扬程提高以后,机组效率明显提高,机组基本工作在高效区,这时节能率仍然达到25%。可见,调速机组的节能效果非常好。   
    3 系统维护经验及问题    
    东湖泵站在建设期间,遭受了百年一遇的大洪水,部分设备曾经被水淹没过。在系统投入运行后,发生过许多问题,有些是技术问题,有些是设备问题,有些是因为水淹后处理不彻底而遗留下来的问题。五年来,设备运行基本正常,所发生的问题逐一得到解决。    
    通过五年的运行维护,我们觉得要管理好这套系统,首先要有一支技术过硬的维护保养队伍。1995年9月,2#机组发生故障,设备运行有时正常,有时发生跳闸,并烧控制保险。单个测试各个元件,均正常;投上直流电后,发现+5V电源不正常。经过分析图纸,逐段测试,最后发现一个比较隐蔽的地方,有一块金属屑搭在电源板的两脚之间,时通时断,清除金属屑后设备运行正常。    
    在设备运行中,我们发现系统仍存在一些问题:    
    (1)系统对雷击比较敏感,尤其是一些电子部件。深圳地处多雷地区,而泵站所在的地方又正好是深圳的雷击区。1995年8月,就发生过一次雷击,3#机组跳闸,调速控制操作屏模糊,恢复直流电并复位后正常。    
    (2)串调系统功率因数比较低,根据我们的原始记录,最低时只有0.65。所以需要加装就地补偿装置和谐波吸收装置,但谐波吸收装置极易发生故障, 在谐波作用下,其低压变压器经常发生烧包现象。    
    (3)可控硅元件在工作时会发热,使设备内温度很高。夏天时,深圳地区持续高温,控制柜内温度高达41℃,这对设备的工作是不利的,因此设备的通风问题十分重要。现在,我们将周围的玻璃拆下一部分,基本能保证工作,但在温度太高时,还得通过其他途径来解决。    
    为使系统正常运行,除了在技术上要培养一支过硬的队伍,在管理上也要有一套行之有效的方法,加大管理力度。    
    (1)对每台设备都要建立档案,并用计算机进行管理,将设备的各种参数定期录入,作为历史数据,以备分析对比使用。每次对设备进行检修、维护、更换元件后,及时在档案中予以反映,做到胸有成竹。    
    (2)定期清扫碳刷,用吸尘器吸取碳粉,检查碳刷磨损量及压力是否均衡,测量碳刷长度,当其长度小于规定值时,要及时更换。 
    (3)定期清洗可控硅柜的过滤网,过滤网堵塞可能引起可控硅元件散热不良,从而导致可控硅烧毁。
     ABB串调系统在我站运行五年多,基本正常。系统在技术上具有一定的先进性,在运行管理上比较方便,其节能效果也是比较明显的,达到了预期的目标。