山西忻州神達(dá)望田煤業(yè)有限公司隸屬山西忻州神達(dá)能源投資有限公司，井田面積7.9584km2，是一座建設(shè)規(guī)模為120萬(wàn)噸/年的大型煤礦企業(yè)。該公司水泵供水系統(tǒng)原為工頻直接啟動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)流量來(lái)滿足供水壓力要求，該方式能耗較高，隨著管網(wǎng)用水量的不斷變化，電磁閥頻繁動(dòng)作，管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大，制約了用水設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)設(shè)備故障率高，影響設(shè)備壽命，維護(hù)成本增加，嚴(yán)重地影響著公司的經(jīng)濟(jì)效益。

　　現(xiàn)應(yīng)用北京合康億盛變頻科技股份有限公司所研制的BPJ1-90/660礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器對(duì)該變流量恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行改造。

　　1、水泵恒壓供水系統(tǒng)的存在的主要問(wèn)題

　　由水泵工作原理可知：水泵流量與水泵(電機(jī))轉(zhuǎn)速成正比，水泵揚(yáng)程與水泵(電機(jī))轉(zhuǎn)速平方成正比，水泵軸功率等于流量與揚(yáng)程乘積，故水泵軸功率與水泵轉(zhuǎn)速三次方成正比(既水泵軸功率與供電頻率三次方成正比)。

　　上述原理可知改變水泵轉(zhuǎn)速就可改變水泵功率。

　　流量基本公式：

　　Q∝N H∝N2 P=Q*H∝N3

　　以上：

　　Q——代表流量，

　　N——代表轉(zhuǎn)速，

　　H——代表?yè)P(yáng)程，

　　P——代表軸功率。

　　因此，神達(dá)望田煤業(yè)水泵恒壓供水系統(tǒng)中，由于水泵的機(jī)械特性為平方轉(zhuǎn)矩特性，在節(jié)流調(diào)節(jié)過(guò)程中，水泵固有特性不變、僅僅靠關(guān)小閥門(mén)的開(kāi)度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統(tǒng)的損失，不利于水泵的節(jié)能運(yùn)行。

　　同時(shí)，水泵一般是按供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)最大工況需求來(lái)考慮，很多電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備都存在較大裕量，而用水系統(tǒng)實(shí)際使用中有很多時(shí)間不一定能達(dá)到用水最大量，工作效率低，電能耗量大，啟動(dòng)電流大，工作噪聲大等難題，不斷影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

　　2、合康礦用變頻器在變流量恒壓供水系統(tǒng)上的解決方案設(shè)計(jì)

　　交流電機(jī)的調(diào)速方式有多種，變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)，水泵的無(wú)級(jí)調(diào)速，采用變頻器，通過(guò)改變水泵轉(zhuǎn)速，從而改變水泵流量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱為水泵的調(diào)速控制。為了有效提高神達(dá)望田煤業(yè)供水系統(tǒng)的節(jié)能效率，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)恒壓控制，進(jìn)而以調(diào)速控制方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的能耗最省，綜合效益最高。控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 水泵調(diào)速控制系統(tǒng)框圖

　　在為神達(dá)望田煤業(yè)設(shè)置的個(gè)性化變頻器變流量恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，變頻器是整個(gè)變頻供水系統(tǒng)核心部分。同時(shí)，水泵電機(jī)作為輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，把信號(hào)傳給PID控制器，變頻器接受PID控制器信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率來(lái)控制水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能，可以不選用外置PID控制器，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。為了符合其實(shí)際應(yīng)用工況的需要，在設(shè)計(jì)方案中，礦用變頻器具有多種控制方式供用戶選擇：本地控制、遠(yuǎn)程控制、上位控制?？煞奖愕慕尤爰锌刂葡到y(tǒng)。變頻器在變流量恒壓供水系統(tǒng)上的應(yīng)用的系統(tǒng)應(yīng)用方案如圖2所示。

　　圖2變頻器在變流量恒壓供水系統(tǒng)上的應(yīng)用方案

　　3、 神達(dá)望田煤業(yè)恒壓供水系統(tǒng)變頻改造實(shí)際運(yùn)行情況

　　山西忻州神達(dá)望田煤業(yè)公司恒壓供水系統(tǒng)各主要設(shè)備規(guī)格如下表：

　　礦用隔爆型壓力變送器與變頻器接線原理圖如圖3所示。壓力變送器輸出端分別接在變頻器+10V和AI1端子上，將變頻器和GND端子短接。

　　圖3 礦用隔爆型壓力變送器信號(hào)反饋原理圖

　　選擇變頻器模擬信號(hào)輸入AI1作為壓力信號(hào)輸入端口。變頻器控制板上AI1的跳線方式采用電壓型，參考電壓為10V，對(duì)應(yīng)壓力信號(hào)6MP?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求壓力為2MP。因此在輸出壓力為2MP時(shí)，變頻器PID給定信號(hào)設(shè)定為R=3.3V。啟動(dòng)變頻器后，變頻器運(yùn)行頻率為48.3Hz,管網(wǎng)壓力為2MP。

　　4、結(jié)論

　　綜合來(lái)看，使用合康變頻研制的BPJ1-90/660礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器，在設(shè)備的整體運(yùn)行過(guò)程中，具有如下優(yōu)勢(shì)：

　　節(jié)能效果明顯，可根據(jù)負(fù)載變化隨時(shí)調(diào)整輸出電壓和輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，節(jié)電20%-40%，實(shí)現(xiàn)綠色用電。

　　占地面積小，投入少，效率高。配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)靈活可靠。

　　運(yùn)行合理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的軟啟動(dòng)，軟停車。啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)速度平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，可以消除水錘效應(yīng)，電機(jī)軸上平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，水泵壽命大大提高。

　　通信控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，無(wú)人值守，節(jié)約了人力物力。

　　同時(shí)，通過(guò)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器在變流量恒壓供水系統(tǒng)上的應(yīng)用，完全改善了山西忻州神達(dá)望田煤業(yè)公司工藝條件,使管網(wǎng)壓力保持恒定，系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，降低設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，獲得了較高的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

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