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摘要：文章着重介绍了国产智能化节电设备在本钢供水厂的应用情况，并结合变频调速技术在循环水泵变工况运行方式中的应用，对变频系统作了说明。改造结果表明，采用国产低压变频器对供水厂的给水泵设备进行调速节能的改造，具有较高的社会效益和经济效益。
关键词：LP-160型；智能化；节水设备；循环水系统；变频；节能
中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0142-02
一、供水设备改造的背景
供水厂短流程水处理系统的平流池提升泵站担负着二连铸厂区域供水任务，日供水2.8万吨，供水泵站配备了三台水泵机组，其中1#、2#、3#水泵机组为160KW/380V。主要是改造3#机组，改造前水泵机组全部工频定速运行，供水流量变化完全由人工控制阀门进行调节，来满足供水的需要，同时增加了工人的劳动强度。由于电机全压启动和水泵机组的频繁启停带来的冲击，引起电机过热时常发生、水泵和阀门故障率增加，维修费用增大，另外也导致水压经常波动。为了稳定供水压力，提高供水能力，提升供水自动化水平，节约能源，降低供水成本，供水厂决定采用智能化节电设备（变频器）对水泵进行调速改造。
供水厂经多方调研和多方比较性价比，决定选用北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备，对3#水泵机组作调速改造。LP-160型智能化节电设备交—直—交电压源型变频器，内置EMC滤波和直流电抗，并串联了线路电抗器，电磁兼容性完全符合EN55011标准A级或B级的要求，功率因素高，适用于普通电机，性能优越，适合中国国情。
二、改造给水泵组的设备概况
供水厂决定3#水泵机组采用变频调速改造，采用一托一的形式，即一台变频器拖动一台水泵机组，另外两台水泵机组为工频运行。当变频器系统发生故障可以切换到工频状态运行，对变频器进行检修，该泵暂时变为工频运行。1#、2#、3#水泵机组为同型号机组，其中3#机组（如图1所示）的主要参数如下：
（一）水泵
型号：KQSN350－M13/357
额定流量：1116t/h额定扬程：37m 额定轴功率：160KW
额定效率： 80%额定转速：1480r/min
（二）电机
型号：Y3155—4
额定功率：160KW 额定电压：380V 额定电流：397A
额定功率因数：0.88 额定转速：1480r/min
三、施耐德ATV61—160型变频器的功能介绍
供水厂决定选用北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备对二连铸厂区供水任务的平流池提升泵站3#水泵机组作变频调速改造。
（一）施耐德ATV61－160型变频器的主要性能指标
变频器功率：160KW额定输出电流：320A
输入频率范围：47～63HZ输出频率范围：0～630HZ
额定输入电压：400V输出电压范围：0～400V
允许电压波动：3AC380-15%；480+10%
过载能力：额定电流的120%，持续60S
变频器效率：≥98% 防护等级IP20－IP30
通讯：RS-485接口，Modbus网络接口；支PROFIBUS，USS，Modbus，CANOPEN等协议。
电磁兼容性：选用的EMC滤波器符合EN55011标准A级或B级的要求，设备内置的A极滤波器也符合该标准的要求，谐波含量低于国家标准。
温度范围：-10℃～+40℃无降容
安装高度：海拔1000米以下不须降容；海拔1000米以上，每升高100米电流降容1%，不能超过3000米。
（二）LPL型智能化节电设备主要技术性能
1．手动/自动功能：自动运行功能，根据要求实现无人值守的智能控制。
2．人机对话功能：高清晰、全中文显示系统的实时状态。如管网压力、温度、变频器运行频率、水泵运行状态和故障等。
3．自动切换功能：通过电气联锁，可实现先启后停，先停后启，循环变频启动。
4．故障自诊断功能：实时接收运行、故障等反馈信号，实现系统故障的自诊断功能。
5．保护和报警功能：系统具有欠压、过压、过流、过载、短路、缺相等保护功能。
6．通讯和扩展功能：可用多种通讯方式与其他设备和上位监控系统进行数据交换。
7．设备安装方便，操作简单，运行安全稳定，能够软启软停，净化电源，保护设备，延长设备使用寿命。
8．交—直—交电压源型变频器，直流380V输入，直流380V输出，内置EMC滤波器及直流电抗器，并串联线路电抗，适配于普通低压电机，对电机、电缆绝缘无损害，谐波含量完全符合EN55011标准A级或B级的要求。
9．输入功率因数高，电流谐波小，功率因数可达到0.96以上。
10．单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。
11．输出阶梯正弦“PWM”波形。
12．低压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠。
13．完善的故障检测，精确的故障保护及准确的定位显示和报警。
14．内置“PLC”，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求。
15．控制电源与低压电相互独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试以及培训操作人员，便于维护。
16．采用准优化“SPWM”调制技术，电压利用率高。
17．功率单元经24小时高温老化、150%负载试验，可靠性高。
18．可接收和输出多路工业标准信号，可打印输出运行报表。
变频器除了以上基本功能以外，还具有如下特殊功能：（1）配置工频旁路。变频提供手动旁路开关，使水泵机组既可变频运行，又可工频运行。（2）电机温度自主控制。变频器对电机温度进行检测，并在智能节电设备柜上主界面显示电机温度。当电机温度过高时，变频器会提供报警信号。（3）具有阀门联动功能。在开泵和停泵的过程中，值班人员无需再对阀门进行任何操作，减轻了工人的劳动强度，实现开停泵的全部自动化。（4）具有“本地”及“远程”两种工作方式。根据用户的需要，既可以在变频器旁开停操作及调节参数，也可在远程的控制室通过微机对水泵进行控制。
四、改造方案
2008年4月变频器采用吸水井液位进行控制。
依据平流池提升泵站的特点，原三台水泵机组正常运转为一台机组，两台水泵机组互为备用，全部是工频运行。于是安装一台设备，考虑到实际工况，为160KW变频器通过内部切换工频或变频运行方式。实际运转过程可以保证稳定高效运行。
2008年4月，北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备供水厂短流程系统平流池提升泵站安装，正式投入运行，调试一次成功，并完成变频器设备验收工作。改造线路如图2所示。
图2中，QF2节电设备开关；QF1原1#水泵机组开关；QS1、QS2手动隔离开关；M是3#水泵机组的电机。
工频运行时QF1和QS1同时合闸，QF2和QS2不能合闸；变频运行时QF2和QS2同时合闸，QF1和QS1不能合闸。
五、变频器运行情况
从变频器投入运行一年的时间看，用户完全达到了变频改造的目的，使用变频器后有以下优点：
1．操作简便，易于观察。变频器运行时的所有数据及运行状态在变频器柜控制面板上触摸屏都可显示，如运行频率，输入电压，输入电流，输出电压，输出电流，开闭环，压力值等。控制面板上触摸屏操作简单明了，观察方便。
2．电机及水泵机组运行平稳，温升正常。采用变频器拖动的3#机组，电机为无锡华达电机有限公司于2004年6月出厂的普通三相异步电动机，水泵为上海凯泉泵业有限公司于2004年4月出厂的离心式清水泵。在水泵机组的整个调速范围内，电机和水泵都平稳运行，没有出现异常振动和噪音，电机及水泵的温升也在正常范围之内，且变频器为软启动，启动电流小，对机组的机械冲击也大幅度减小。
3．变频器运行稳定，性能良好。LPL低压变频器投入运行以来，运行稳定，转速调节平滑可靠，电压和电流正常，没有出现异常现象。
4．减轻了值班人员的劳动强度。由于变频器具有泵组联动功能，随着供水水量的变化，值班人员在值班时不用人工启动水泵，变频器会自动启动水泵操作，不再需要人工进行操作水泵和阀门，工作量大大减小。
5．液位控制。采用液位控制，用户只需根据实际供水所需压力，变频器自动恒压运行，液位设定方便，精确稳定，保证管网稳定运行，提高了供水质量。
6．降低了维护费用。由于变频器对电机实现软启动，启动电流小，对水泵机组没有任何机械冲击，相应地延长了水泵、电机及阀门的使用寿命，大大降低了维护工作量和维护成本。
7．节电效果明显。在供水厂，目前采用多台水泵并联供水方式，由于日夜供水量变化大，供水厂一般采用开启出口阀门大小的方式进行调节，尽管如此，存在一定的能源浪费现象。改造前一般采用水泵机组工频供水方式。用这种供水方式运行。2008年4月，千吨水耗电指标为116.79KWh，采用了LP-160型智能化节电设备改造后，2008年5月，千吨水耗电指标为86.71KWh，综合电耗指标下降了25.8%左右。经过测算，一般两年即可收回设备的成本。
六、结语
从现场运行情况来看，北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备的性能优越，运行安全可靠。不仅可以在新上给水项目采用，也特别适合于旧设备中改造。在供水厂应用智能化节电设备调速技术，不仅提高了供水质量、供水能力，而且降低了供水成本。LP-160型智能化节电设备在供水厂的成功运行，证明了其在水泵调速应用中具有无可比拟的优越性。
参考文献
[1]北京乐普四方方圆科技股份有限公司．LP－160型智能化节电设备生产的使用手册．
作者简介：武明友（1963－），男，本钢板材股份有限公司供水厂厂长，助理工程师，研究方向：智能化节电设备；丁凤连（1954－），男，本钢板材股份有限公司供水厂机动科工程师，研究方向：智能化节电设备。
关键词：LP-160型；智能化；节水设备；循环水系统；变频；节能
中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0142-02
一、供水设备改造的背景
供水厂短流程水处理系统的平流池提升泵站担负着二连铸厂区域供水任务，日供水2.8万吨，供水泵站配备了三台水泵机组，其中1#、2#、3#水泵机组为160KW/380V。主要是改造3#机组，改造前水泵机组全部工频定速运行，供水流量变化完全由人工控制阀门进行调节，来满足供水的需要，同时增加了工人的劳动强度。由于电机全压启动和水泵机组的频繁启停带来的冲击，引起电机过热时常发生、水泵和阀门故障率增加，维修费用增大，另外也导致水压经常波动。为了稳定供水压力，提高供水能力，提升供水自动化水平，节约能源，降低供水成本，供水厂决定采用智能化节电设备（变频器）对水泵进行调速改造。
供水厂经多方调研和多方比较性价比，决定选用北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备，对3#水泵机组作调速改造。LP-160型智能化节电设备交—直—交电压源型变频器，内置EMC滤波和直流电抗，并串联了线路电抗器，电磁兼容性完全符合EN55011标准A级或B级的要求，功率因素高，适用于普通电机，性能优越，适合中国国情。
二、改造给水泵组的设备概况
供水厂决定3#水泵机组采用变频调速改造，采用一托一的形式，即一台变频器拖动一台水泵机组，另外两台水泵机组为工频运行。当变频器系统发生故障可以切换到工频状态运行，对变频器进行检修，该泵暂时变为工频运行。1#、2#、3#水泵机组为同型号机组，其中3#机组（如图1所示）的主要参数如下：
（一）水泵
型号：KQSN350－M13/357
额定流量：1116t/h额定扬程：37m 额定轴功率：160KW
额定效率： 80%额定转速：1480r/min
（二）电机
型号：Y3155—4
额定功率：160KW 额定电压：380V 额定电流：397A
额定功率因数：0.88 额定转速：1480r/min
三、施耐德ATV61—160型变频器的功能介绍
供水厂决定选用北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备对二连铸厂区供水任务的平流池提升泵站3#水泵机组作变频调速改造。
（一）施耐德ATV61－160型变频器的主要性能指标
变频器功率：160KW额定输出电流：320A
输入频率范围：47～63HZ输出频率范围：0～630HZ
额定输入电压：400V输出电压范围：0～400V
允许电压波动：3AC380-15%；480+10%
过载能力：额定电流的120%，持续60S
变频器效率：≥98% 防护等级IP20－IP30
通讯：RS-485接口，Modbus网络接口；支PROFIBUS，USS，Modbus，CANOPEN等协议。
电磁兼容性：选用的EMC滤波器符合EN55011标准A级或B级的要求，设备内置的A极滤波器也符合该标准的要求，谐波含量低于国家标准。
温度范围：-10℃～+40℃无降容
安装高度：海拔1000米以下不须降容；海拔1000米以上，每升高100米电流降容1%，不能超过3000米。
（二）LPL型智能化节电设备主要技术性能
1．手动/自动功能：自动运行功能，根据要求实现无人值守的智能控制。
2．人机对话功能：高清晰、全中文显示系统的实时状态。如管网压力、温度、变频器运行频率、水泵运行状态和故障等。
3．自动切换功能：通过电气联锁，可实现先启后停，先停后启，循环变频启动。
4．故障自诊断功能：实时接收运行、故障等反馈信号，实现系统故障的自诊断功能。
5．保护和报警功能：系统具有欠压、过压、过流、过载、短路、缺相等保护功能。
6．通讯和扩展功能：可用多种通讯方式与其他设备和上位监控系统进行数据交换。
7．设备安装方便，操作简单，运行安全稳定，能够软启软停，净化电源，保护设备，延长设备使用寿命。
8．交—直—交电压源型变频器，直流380V输入，直流380V输出，内置EMC滤波器及直流电抗器，并串联线路电抗，适配于普通低压电机，对电机、电缆绝缘无损害，谐波含量完全符合EN55011标准A级或B级的要求。
9．输入功率因数高，电流谐波小，功率因数可达到0.96以上。
10．单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。
11．输出阶梯正弦“PWM”波形。
12．低压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠。
13．完善的故障检测，精确的故障保护及准确的定位显示和报警。
14．内置“PLC”，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求。
15．控制电源与低压电相互独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试以及培训操作人员，便于维护。
16．采用准优化“SPWM”调制技术，电压利用率高。
17．功率单元经24小时高温老化、150%负载试验，可靠性高。
18．可接收和输出多路工业标准信号，可打印输出运行报表。
变频器除了以上基本功能以外，还具有如下特殊功能：（1）配置工频旁路。变频提供手动旁路开关，使水泵机组既可变频运行，又可工频运行。（2）电机温度自主控制。变频器对电机温度进行检测，并在智能节电设备柜上主界面显示电机温度。当电机温度过高时，变频器会提供报警信号。（3）具有阀门联动功能。在开泵和停泵的过程中，值班人员无需再对阀门进行任何操作，减轻了工人的劳动强度，实现开停泵的全部自动化。（4）具有“本地”及“远程”两种工作方式。根据用户的需要，既可以在变频器旁开停操作及调节参数，也可在远程的控制室通过微机对水泵进行控制。
四、改造方案
2008年4月变频器采用吸水井液位进行控制。
依据平流池提升泵站的特点，原三台水泵机组正常运转为一台机组，两台水泵机组互为备用，全部是工频运行。于是安装一台设备，考虑到实际工况，为160KW变频器通过内部切换工频或变频运行方式。实际运转过程可以保证稳定高效运行。
2008年4月，北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备供水厂短流程系统平流池提升泵站安装，正式投入运行，调试一次成功，并完成变频器设备验收工作。改造线路如图2所示。
图2中，QF2节电设备开关；QF1原1#水泵机组开关；QS1、QS2手动隔离开关；M是3#水泵机组的电机。
工频运行时QF1和QS1同时合闸，QF2和QS2不能合闸；变频运行时QF2和QS2同时合闸，QF1和QS1不能合闸。
五、变频器运行情况
从变频器投入运行一年的时间看，用户完全达到了变频改造的目的，使用变频器后有以下优点：
1．操作简便，易于观察。变频器运行时的所有数据及运行状态在变频器柜控制面板上触摸屏都可显示，如运行频率，输入电压，输入电流，输出电压，输出电流，开闭环，压力值等。控制面板上触摸屏操作简单明了，观察方便。
2．电机及水泵机组运行平稳，温升正常。采用变频器拖动的3#机组，电机为无锡华达电机有限公司于2004年6月出厂的普通三相异步电动机，水泵为上海凯泉泵业有限公司于2004年4月出厂的离心式清水泵。在水泵机组的整个调速范围内，电机和水泵都平稳运行，没有出现异常振动和噪音，电机及水泵的温升也在正常范围之内，且变频器为软启动，启动电流小，对机组的机械冲击也大幅度减小。
3．变频器运行稳定，性能良好。LPL低压变频器投入运行以来，运行稳定，转速调节平滑可靠，电压和电流正常，没有出现异常现象。
4．减轻了值班人员的劳动强度。由于变频器具有泵组联动功能，随着供水水量的变化，值班人员在值班时不用人工启动水泵，变频器会自动启动水泵操作，不再需要人工进行操作水泵和阀门，工作量大大减小。
5．液位控制。采用液位控制，用户只需根据实际供水所需压力，变频器自动恒压运行，液位设定方便，精确稳定，保证管网稳定运行，提高了供水质量。
6．降低了维护费用。由于变频器对电机实现软启动，启动电流小，对水泵机组没有任何机械冲击，相应地延长了水泵、电机及阀门的使用寿命，大大降低了维护工作量和维护成本。
7．节电效果明显。在供水厂，目前采用多台水泵并联供水方式，由于日夜供水量变化大，供水厂一般采用开启出口阀门大小的方式进行调节，尽管如此，存在一定的能源浪费现象。改造前一般采用水泵机组工频供水方式。用这种供水方式运行。2008年4月，千吨水耗电指标为116.79KWh，采用了LP-160型智能化节电设备改造后，2008年5月，千吨水耗电指标为86.71KWh，综合电耗指标下降了25.8%左右。经过测算，一般两年即可收回设备的成本。
六、结语
从现场运行情况来看，北京乐普四方方圆科技股份有限公司LP-160型智能化节电设备的性能优越，运行安全可靠。不仅可以在新上给水项目采用，也特别适合于旧设备中改造。在供水厂应用智能化节电设备调速技术，不仅提高了供水质量、供水能力，而且降低了供水成本。LP-160型智能化节电设备在供水厂的成功运行，证明了其在水泵调速应用中具有无可比拟的优越性。
参考文献
[1]北京乐普四方方圆科技股份有限公司．LP－160型智能化节电设备生产的使用手册．
作者简介：武明友（1963－），男，本钢板材股份有限公司供水厂厂长，助理工程师，研究方向：智能化节电设备；丁凤连（1954－），男，本钢板材股份有限公司供水厂机动科工程师，研究方向：智能化节电设备。