CHH100变频器在俄罗斯加里宁格勒水厂的应用

摘要：本文介绍了CHH100变频器在俄罗斯加里宁格勒水厂的运行情况，并详细说明了场频操作、技术改进以及频率转换改进后的节能效果。

关键词：变频与调速，恒压供水，节能

1.概述

随着电力技术的发展和变频调速技术的完善，以变频调速为核心技术的智能供水控制已经取代了以前的多泵开关和阀门调节供水方式。变频率调速起动电流可限定在额定电流范围内，从而避免在起动时对电网的任何影响。水泵启动平稳，正常操作中的平均速度降低，从而延长水泵、阀等设备的使用寿命。同时，可以消除启动和停机时的水锤效应。变频器的性能稳定，操作简单，功能也得到提升，使供水系统节省能源、水和劳动力，最终达到高效运行的目的。

2.应用

加里宁格勒水厂主要负责加里宁格勒三大区的供水，共有三个供水站：1＃泵站，2＃泵站和3＃泵站。每个水站有几个泵组成，采用主干管供水。频率转换前，为了满足各区的供水和水压，通过多个泵开关和阀门进行调节；每天水泵的启停次数要求更加频繁；现场操作极为不便；水压力难以恒定保持。由于水泵常常在工作频率直接启动，会受到较大影响，以致水泵和轴承需要频繁维修。2009年，我们公司的技术人员测试现场实际运行数据。根据这些运行参数，我们主张为每个水站加装变频器；变频器的PID功能使得供水系统进行恒压供水。2010年，我们在供水公司进行了频率改进，解决频繁启停和高压波动的问题。现在，操作简单，并且该系统投入运行后，节能效果显著。

3.恒压供水的原理

在实际工程中，最广泛使用的调节器控制的原理是比例控制、积分控制和差分控制，简称为PID控制，也被称为PID调节。PID控制器，结构简单，性能稳定，操作可靠，调节方便，已成为工业控制重大技术之一。当控制对象的结构和参数不能完全掌控，精确的数学模型无法找到，或者控制理论的其它技术难以运用时，该系统控制器的结构和参数必须通过经验和现场试车来确定，最方便的就是应用PID控制技术。通过按比例、积分和差分计算出的控制量来加以控制。

(1)比例（P）控制

比例控制是最简单的控制方法。控制器的输出和输入之间的误差信号是相称的。如果仅有一个比例控制，那么系统输出则显示一个稳态误差。

(2)积分（I）控制

在积分控制中，控制器的输出和输入之间的误差信号积分是相称的。如果一个自动控制系统在进入稳态后显示一个稳态误差，那么该控制系统则被认为是带有稳态误差或误差。为了消除稳态误差，控制器必须引入“积分期”。该误差的积分期取决于时间积分。随着时间的增加，积分期也将增加。因此，即使误差较小，积分期也将随着时间的增加而增加。促使控制器输出增加，同时减小稳态误差，直至为零。当系统进入稳定状态后，比例+积分（PI）控制器即会消除稳态误差。

(3)差分（D）控制

在差分控制中，控制器的输出和输入之间的误差信号（即误差变化率）的差分是相称的。自动控制系统解决了在误差校正处理中可能发生的振荡不稳定。理由是，有相对比较大的惯性模块（相连）或滞后模块，具有误差抑制效果，其变动总是落后于误差的变化。解决的办法是“提前”抑制误差变化；即，当误差接近于零时，误差抑制效果应为零。这意味着，只引入“比例”期往往是不够的，因为比例期的效果是仅扩增误差幅度。现在需要增加“差分期”，它可以预测误差变化趋势。所以比例+差分控制器可以把误差抑制控制效果提前为零或负数，从而避免控制量的严重过载。对于大惯性或滞后被控对象，比例+差分（PD）控制器能改善系统调节过程中的动态特性。

为了保持该系统的一致控制量，请在控制量的位置安装传感器作为反馈元件。它会向控制器反馈控制量信号；控制器会对比反馈信号与给定信号，计算出调节量，从而控制受控对象，所以控制量总是保持在一定的范围内。闭环控制图如下：

闭环控制图

4.  设备选型和系统配置

基于参数和现场设备的工艺要求，结合我们公司CHH100系列高压变频器的功能特点，我们公司的技术人员给三个水泵站安装了两台6kV/500kW高压变频器和一台6kV/250kW高压变频器。主要技术参数如下：

根据现场条件，三台CHH100系列高压变频器安装在同一个房间。每台变频器控制三个泵站的一个电机的频率。变频器和现场电机的安装请见下图：

运行中的变频器             运行中的电机

CHH100系列高压变频器具有内置PID功能，操作灵活。控制连接可采取多种模式，包括线连模式和通信模式。根据项目现场的实际情况，选择了线连模式；变频器通过操作柱远程控制；系统的闭环和开环运行可以通过控制面板来选择。变频器控制界面和远程操作柱请见下图：

变频器控制界面 远程操作柱和测厚计

根据现场泵的特性和用户的用水量的变化，结合CHH100系列高压变频器的功能特性，现场变频器的PID相关参数设置如下：

5.节能效果

变频器于2010年4月5日安装完毕。按照现场生产要求，于4月8日对变频器进行了试车并投入使用，4月11日 - 4月13日对水泵进行了电力节能测试。测试数据如下：

1) 1#供水站水泵：

根据电表的实际读数和两天内的电网频率和可变频率模式下的耗电量，可以计算出该系统的节能情况。变频改造后，1#供水站的综合节能情况是：

每天节约电量 = 11160 - 8400 kWH = 2760 kWH

节电率= （11160 - 8400）/21720 ×100% = 24.73%

2) 2#供水站水泵：

根据电表的实际读数和两天内的电网频率和可变频率模式下的耗电量，可以计算出该系统的节能情况。变频改造后，2#供水站的综合节能情况是：

每天节约电量= 9360 - 6840 kWH = 2520 kWH

节电率= （9360 - 6840）/9360 ×100% = 26.92%

3) 3#供水站水泵：

根据电表的实际读数和两天内的电网频率和可变频率模式下的耗电量，可以计算出该系统的节能情况。变频改造后，3#供水站的综合节能情况是：

每天节约电量= 5280 - 3720 kWH = 1560 kWH

节电率= （5280 - 3720）/5280  ×100% = 29.55%

6.变频的优势

1)功率因数增加：当原始电机直接以电网频率运行时，满载的功率因数约为0.84。而变频系统，在电源侧的功率因数可提高到0.95，并且能够满足在没有无功功率补偿装置情况下的电网要求。这进一步节约了上游设备的运行成本。

2)系统节能效果显著：变频器改进后，在满足用户要求的前提下，可设置一定的压力来降低电机的耗电量。根据实际测试，泵站水泵的节电率达到24％以上。

3)设备操作简单：变频器改进并设置压力后，操作简单灵活，并能避免水泵的反复启停。减少了对马达和泵的影响，并且可以远程监控。

4)恒压主管：通过远程给定的压力，该变频器的输出频率可自动调节，以保持恒定的压力。减少了主管中的压力波动，防止了管网上启动频率的影响，避免了管网压力超限，并提高了供水质量。

5)设备维护成本降低：变频器改进后，启动顺畅，降低了对电机轴承的影响。在正常运行期间，大部分时间频率在50Hz以下。减少了对机械系统的磨损，从而减少了对设备的维护；同时也延长了设备的使用寿命。

参考资料：

【1】CH100系列变频器说明，深圳市英威腾电气；

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