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來(lái)源：http://www.xamz.com.cn/發(fā)布時(shí)間：2019年11月27日
本文針對(duì)污水處理泵類設(shè)備存在著工頻運(yùn)行閥門(mén)控制流量的運(yùn)行方式造成電能、設(shè)備與材料浪費(fèi)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，采取科學(xué)的方式進(jìn)行技術(shù)改造。應(yīng)用變頻控制設(shè)備、軟啟動(dòng)控制器與可編程序控制器和組態(tài)王軟件有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)控制功能，替代現(xiàn)有的繼電控制，提高電能利用率以及降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
1現(xiàn)狀分析研究
污水處理設(shè)備設(shè)施自投入運(yùn)行以來(lái)，負(fù)荷大都在22千瓦以上，設(shè)備共計(jì)27臺(tái)，其中有20臺(tái)未使用變頻器，系統(tǒng)采用工頻定速全電壓運(yùn)行。根據(jù)水處理工藝要求，水泵流量需要不斷調(diào)整，可現(xiàn)有繼電控制方式緊靠調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制流量。閥門(mén)開(kāi)度小時(shí)會(huì)導(dǎo)致：節(jié)流間隙小，流速大，沖刷嚴(yán)重，閥的壽命降低。流速、壓力變化過(guò)激時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)穩(wěn)定性差，甚至沖產(chǎn)生震蕩。開(kāi)度過(guò)小時(shí)，有損閥芯密封。管路和閥門(mén)的密封性能差或遭到破壞，會(huì)出現(xiàn)泄漏，維護(hù)量增加，經(jīng)濟(jì)性降低。同時(shí)有些閥不適合小開(kāi)度工作，開(kāi)度小時(shí)，會(huì)發(fā)生跳開(kāi)現(xiàn)象，無(wú)法準(zhǔn)備控制流量。由于水泵平時(shí)均是全電壓運(yùn)行，電能浪費(fèi)尤為嚴(yán)重，每年僅電費(fèi)消耗就65萬(wàn)元。2012年以來(lái)我們進(jìn)行了大量的泵類變頻改造。通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)電源頻率，調(diào)整電機(jī)即水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵揚(yáng)程的目的。取代因環(huán)境所造成的較高故障率的閥門(mén)控制方式。節(jié)能20%～60%，降低設(shè)備磨損，減少備品備件的投資，提高控制精度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
2控制分析
2.1通用變頻器的基本工作原理
變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變換成電壓、頻率可調(diào)的交流電的變換器。
工頻電網(wǎng)的對(duì)稱三相正弦交流電接入變頻器的輸入端，經(jīng)過(guò)不可控整流或可控整流環(huán)節(jié)變換為直流電。通過(guò)控制電路來(lái)控制逆變器的輸出，從而改變了變頻器的輸出電壓與頻率達(dá)到調(diào)整電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速的目的。
2.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電源頻率f、電機(jī)轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)p，參數(shù)關(guān)系：n=60f（1-s）/p。對(duì)于成品電機(jī)，其極對(duì)數(shù)p已確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，改變輸入電源的頻率可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的。變頻器是通過(guò)改變電源的頻率f來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗。
2.3水泵變頻控制特點(diǎn)
水泵流量Q與轉(zhuǎn)速n關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率關(guān)系：n=60f（1-s）/p；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n關(guān)系：H1/H2=（n1/n2）2；功率P與轉(zhuǎn)速關(guān)系：P1/P2=（n1/n2）3；由此以上關(guān)系可看出流量與頻率成正比，揚(yáng)程與頻率的二次方成正比。因此改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，可改變電機(jī)即水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵揚(yáng)程的目的。
2.4水泵調(diào)速的節(jié)電原理
采用交流變頻技術(shù)控制水泵的運(yùn)行，是目前節(jié)能改造的有效途徑之一。從水泵調(diào)速揚(yáng)程特性曲線可以看出：用閥門(mén)控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q減小Q1時(shí)，必須關(guān)小閥門(mén)，這時(shí)閥門(mén)的摩擦阻力變大，則阻力曲線從R移到R1，揚(yáng)程從H0上升到H1，運(yùn)行工況點(diǎn)從A移到B點(diǎn)。用調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q減小Q1時(shí)，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把轉(zhuǎn)速?gòu)腘100降至N80，運(yùn)行工況從A移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0降至H2。特性曲線公式：P=QHr/102η，ΔP=Q1（H1-H2）r/102η，用閥門(mén)控制流量時(shí)，有ΔP功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨閥門(mén)不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，根據(jù)流量、揚(yáng)程、功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)系，功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關(guān)系下降。如果不用關(guān)小閥門(mén)的方式，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)，那么在同樣流量的情況下，原來(lái)消耗在閥門(mén)的功率就可以全避免。用變頻器調(diào)速的方法來(lái)減少水泵流量進(jìn)行節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
2.5污泥回流泵繼電控制
污泥回流泵改造前采用工頻定速全壓運(yùn)行，流量緊靠調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制，閥門(mén)開(kāi)度小時(shí)會(huì)導(dǎo)致：節(jié)流間隙小，流速大，沖刷嚴(yán)重，閥的壽命降低。流速、壓力變化過(guò)激時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)穩(wěn)定性差，甚至沖產(chǎn)生震蕩。開(kāi)度過(guò)小時(shí)，有損閥芯密封。管路和閥門(mén)的密封性能差或遭到破壞，會(huì)出現(xiàn)泄漏，維護(hù)量增加，經(jīng)濟(jì)性降低。同時(shí)有些閥不適合小開(kāi)度工作，開(kāi)度小時(shí)，會(huì)發(fā)生跳開(kāi)現(xiàn)象，無(wú)法準(zhǔn)備控制流量。由于水泵平時(shí)均是全電壓運(yùn)行，電能浪費(fèi)尤為嚴(yán)重。2012年以來(lái)我們進(jìn)行了大量的泵類變頻改造。通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)電源頻率，調(diào)整電機(jī)即水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵揚(yáng)程的目的。取代因環(huán)境所造成的較高故障率的閥門(mén)控制方式。節(jié)能20%～60%，降低設(shè)備磨損，減少備品備件的投資，提高控制精度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
污泥回流泵采用PLC可編程控制器集中繼電控制與手動(dòng)控制和遠(yuǎn)方控制相結(jié)合，全壓運(yùn)行，由閥門(mén)控制流量。
2.6軟起動(dòng)器（晶閘管）的工作原理及主要特點(diǎn)
軟起動(dòng)器的工作原理是在主回路的每一相串接一個(gè)雙向大功率晶閘管或兩個(gè)反并聯(lián)單向大功率晶閘管作為電子開(kāi)關(guān)調(diào)壓元件，通過(guò)軟起動(dòng)器的中中央控制器（單片機(jī)），控制其觸發(fā)延遲角（α）來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平穩(wěn)升降和主回路的無(wú)觸點(diǎn)通斷，從而改變了加到定子繞組的三相平均電壓的大小。整個(gè)起動(dòng)和停止過(guò)程是在數(shù)字化程序軟件控制下自動(dòng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑啟動(dòng)。因此，軟起動(dòng)器具備了很強(qiáng)的功能和靈活性，可根據(jù)負(fù)載的需要選擇不同的參數(shù)設(shè)定。
3技術(shù)改造方案
污水處理有許多泵類設(shè)備，節(jié)能潛力大，泵類設(shè)備在礦井水處理系統(tǒng)中起到關(guān)鍵的作用。根據(jù)現(xiàn)在的繼電控制系統(tǒng)選擇合適的變頻改造方案，下面針對(duì)具體設(shè)備案例簡(jiǎn)單介紹改造過(guò)程。
3.1污泥回流泵變頻控制 為節(jié)能降耗的需要，隨對(duì)其進(jìn)行了變頻改造。選用ABB系列變頻器ACS510-01-157A-4一臺(tái)，塑料外殼式斷路器DZ20Y-100/330040A一個(gè)，歐姆龍小型繼電器AC220V一個(gè)。
為了節(jié)約資金和降低操作人員的工作量，提高可操作性，同時(shí)又保證控制系統(tǒng)的完整性，保留了原有的各種控制功能。由于污泥回流流量在處理工藝中相對(duì)比較固定，采取通過(guò)人為的從人機(jī)界面中設(shè)定所需頻率。
變頻控制改造后，由于頻率、轉(zhuǎn)速、流量存在一定的關(guān)系，可通過(guò)調(diào)頻率來(lái)改變轉(zhuǎn)速，從而改變流量，保證了系統(tǒng)以穩(wěn)定的流量平穩(wěn)運(yùn)行。閥門(mén)基本可處于全開(kāi)狀態(tài)，杜絕了堵塞現(xiàn)象。系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，大大降低了維修量。
3.2反沖洗泵軟起動(dòng)控制
根據(jù)具體設(shè)備的運(yùn)行工藝要求，對(duì)于不適宜變頻調(diào)速的反沖洗水泵采用了軟啟動(dòng)控制器。它具有體積小、重量輕、控制方便且精度高，是一種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電動(dòng)機(jī)控制裝置。軟啟動(dòng)器的應(yīng)用降低了電能的消耗與維修操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
污水處理站有2臺(tái)55kw反沖洗水泵，1臺(tái)工作1臺(tái)備用。在電機(jī)運(yùn)行負(fù)載功率在80%以上時(shí)，選用軟啟動(dòng)器是最好、最實(shí)用、最省錢(qián)的。由于該負(fù)荷為水泵類且在水處理工藝中運(yùn)行次數(shù)及時(shí)間較少，所以采用性價(jià)比較優(yōu)的ABBPSS85/147-500L型軟啟動(dòng)器。塑料外殼式斷路器DZ20Y-100/3300100A。正常運(yùn)行以來(lái)，基本免于維護(hù)。
使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直至晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)到達(dá)額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供正常額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)提供停車(chē)功能，軟停車(chē)和軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車(chē)引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
根據(jù)負(fù)載特性、電源容量及原理圖的控制要求設(shè)定技術(shù)參數(shù)，啟動(dòng)時(shí)電壓提升時(shí)間為6S；選擇初始電壓為40%；因?yàn)槲覀儾捎玫氖请妱?dòng)機(jī)外接的方式，所以將連接選擇開(kāi)關(guān)S1置于外接位置上。然后進(jìn)行設(shè)備啟動(dòng)試驗(yàn)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)6S的電壓提升時(shí)間，旁路接觸器閉合電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。檢查發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器故障信息指示燈點(diǎn)亮，按下停止按鈕后電動(dòng)機(jī)正常停車(chē)。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器停止時(shí)電壓下降的速度設(shè)定在5S，根據(jù)原理圖分析在軟起動(dòng)器全壓切換時(shí)旁路接觸器給軟起動(dòng)器停止信號(hào)后直接切斷了軟起動(dòng)器的負(fù)荷，軟起動(dòng)器則認(rèn)為電動(dòng)機(jī)故障。將此參數(shù)設(shè)定為0S后故障排除，設(shè)備正常啟動(dòng)運(yùn)行。由此可見(jiàn)在軟起動(dòng)器使用過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)分析控制環(huán)境因素，做到參數(shù)設(shè)定準(zhǔn)確方可正常使用。
由于電機(jī)啟動(dòng)特性，電機(jī)直接連接供電系統(tǒng)啟動(dòng)（硬啟動(dòng)），將會(huì)產(chǎn)生高達(dá)電機(jī)額定電流5-7倍的浪涌（沖擊）電流，使得供電系統(tǒng)和串聯(lián)的開(kāi)關(guān)設(shè)備過(guò)載。直接啟動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩。沖擊電流不但會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生沖擊，也會(huì)使機(jī)械裝置受損，還會(huì)影響接在同一電網(wǎng)的其他電氣設(shè)備正常工作。
軟啟動(dòng)器在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)改變加在電機(jī)上的電源電壓，以減少啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起。軟啟動(dòng)的限流特性可有效限值沖擊電流，避免不必要的沖擊力矩以及對(duì)配電電網(wǎng)的電流沖擊，有效地減少線路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動(dòng)作；對(duì)頻繁啟停的電動(dòng)機(jī)，可有效控制電動(dòng)機(jī)的溫升，大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。因此軟啟動(dòng)器既能改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保護(hù)電動(dòng)機(jī)可靠啟動(dòng)，又能降低啟動(dòng)沖擊。
3.3提高系統(tǒng)穩(wěn)定性
為了進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，重新做了信號(hào)傳輸線的抗干擾處理，更換了部分抗干擾能力差的液位變送器，并對(duì)原有PLC程序進(jìn)行了修改、完善、寫(xiě)入、調(diào)試。
4結(jié)語(yǔ)
污水處理設(shè)備大都是高能耗設(shè)備設(shè)施，高能耗設(shè)備設(shè)施造成了污水處理成本高，因此，采用變頻、軟啟動(dòng)控制技術(shù)對(duì)污水處理設(shè)備設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造是必然趨勢(shì)。
變頻器與軟起動(dòng)器的應(yīng)用減小了對(duì)設(shè)備的沖擊，維護(hù)和維修量也跟隨降低，運(yùn)行成本大大降低，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目的實(shí)施順應(yīng)了節(jié)能降耗的企業(yè)之本，對(duì)全礦的推廣有著十分重要的意義。
經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：水處理成本包括設(shè)備折舊、材料消耗、人工工資、藥品消耗、電能消耗，其中電能消耗所占比例最大，所以機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行工況尤為重要。項(xiàng)目實(shí)施后，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
經(jīng)濟(jì)效益：該項(xiàng)目自2014年10月底實(shí)施至2016年3月底結(jié)束。從日常運(yùn)行記錄表上可以看出，同期電耗每月節(jié)約近1.6萬(wàn)kW.h電量，全年節(jié)約近19萬(wàn)kW.h電量，按0.6元/kW.h，全年將節(jié)約電費(fèi)19×0.6=11.4萬(wàn)元。同時(shí)，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行工況的改善降低了維修維護(hù)量和材料的消耗，產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。
社會(huì)效益：節(jié)約了電能資源，改變了水處理行業(yè)的高耗能形象。促進(jìn)了礦井節(jié)能減排的奮斗目標(biāo)，為我礦噸煤成本的進(jìn)一步降低做出了貢獻(xiàn)；降低了震動(dòng)和噪聲，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了職工工作環(huán)境，進(jìn)一步體現(xiàn)了以人為本的企業(yè)理念。
1現(xiàn)狀分析研究
污水處理設(shè)備設(shè)施自投入運(yùn)行以來(lái)，負(fù)荷大都在22千瓦以上，設(shè)備共計(jì)27臺(tái)，其中有20臺(tái)未使用變頻器，系統(tǒng)采用工頻定速全電壓運(yùn)行。根據(jù)水處理工藝要求，水泵流量需要不斷調(diào)整，可現(xiàn)有繼電控制方式緊靠調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制流量。閥門(mén)開(kāi)度小時(shí)會(huì)導(dǎo)致：節(jié)流間隙小，流速大，沖刷嚴(yán)重，閥的壽命降低。流速、壓力變化過(guò)激時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)穩(wěn)定性差，甚至沖產(chǎn)生震蕩。開(kāi)度過(guò)小時(shí)，有損閥芯密封。管路和閥門(mén)的密封性能差或遭到破壞，會(huì)出現(xiàn)泄漏，維護(hù)量增加，經(jīng)濟(jì)性降低。同時(shí)有些閥不適合小開(kāi)度工作，開(kāi)度小時(shí)，會(huì)發(fā)生跳開(kāi)現(xiàn)象，無(wú)法準(zhǔn)備控制流量。由于水泵平時(shí)均是全電壓運(yùn)行，電能浪費(fèi)尤為嚴(yán)重，每年僅電費(fèi)消耗就65萬(wàn)元。2012年以來(lái)我們進(jìn)行了大量的泵類變頻改造。通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)電源頻率，調(diào)整電機(jī)即水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵揚(yáng)程的目的。取代因環(huán)境所造成的較高故障率的閥門(mén)控制方式。節(jié)能20%～60%，降低設(shè)備磨損，減少備品備件的投資，提高控制精度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
2控制分析
2.1通用變頻器的基本工作原理
變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變換成電壓、頻率可調(diào)的交流電的變換器。
工頻電網(wǎng)的對(duì)稱三相正弦交流電接入變頻器的輸入端，經(jīng)過(guò)不可控整流或可控整流環(huán)節(jié)變換為直流電。通過(guò)控制電路來(lái)控制逆變器的輸出，從而改變了變頻器的輸出電壓與頻率達(dá)到調(diào)整電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速的目的。
2.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速原理
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電源頻率f、電機(jī)轉(zhuǎn)差率s、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)p，參數(shù)關(guān)系：n=60f（1-s）/p。對(duì)于成品電機(jī)，其極對(duì)數(shù)p已確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，改變輸入電源的頻率可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的。變頻器是通過(guò)改變電源的頻率f來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗。
2.3水泵變頻控制特點(diǎn)
水泵流量Q與轉(zhuǎn)速n關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率關(guān)系：n=60f（1-s）/p；揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n關(guān)系：H1/H2=（n1/n2）2；功率P與轉(zhuǎn)速關(guān)系：P1/P2=（n1/n2）3；由此以上關(guān)系可看出流量與頻率成正比，揚(yáng)程與頻率的二次方成正比。因此改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，可改變電機(jī)即水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵揚(yáng)程的目的。
2.4水泵調(diào)速的節(jié)電原理
采用交流變頻技術(shù)控制水泵的運(yùn)行，是目前節(jié)能改造的有效途徑之一。從水泵調(diào)速揚(yáng)程特性曲線可以看出：用閥門(mén)控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q減小Q1時(shí)，必須關(guān)小閥門(mén)，這時(shí)閥門(mén)的摩擦阻力變大，則阻力曲線從R移到R1，揚(yáng)程從H0上升到H1，運(yùn)行工況點(diǎn)從A移到B點(diǎn)。用調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q減小Q1時(shí)，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把轉(zhuǎn)速?gòu)腘100降至N80，運(yùn)行工況從A移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0降至H2。特性曲線公式：P=QHr/102η，ΔP=Q1（H1-H2）r/102η，用閥門(mén)控制流量時(shí)，有ΔP功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨閥門(mén)不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，根據(jù)流量、揚(yáng)程、功率、轉(zhuǎn)速的關(guān)系，功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關(guān)系下降。如果不用關(guān)小閥門(mén)的方式，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)，那么在同樣流量的情況下，原來(lái)消耗在閥門(mén)的功率就可以全避免。用變頻器調(diào)速的方法來(lái)減少水泵流量進(jìn)行節(jié)能改造的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
2.5污泥回流泵繼電控制
污泥回流泵改造前采用工頻定速全壓運(yùn)行，流量緊靠調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)控制，閥門(mén)開(kāi)度小時(shí)會(huì)導(dǎo)致：節(jié)流間隙小，流速大，沖刷嚴(yán)重，閥的壽命降低。流速、壓力變化過(guò)激時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)穩(wěn)定性差，甚至沖產(chǎn)生震蕩。開(kāi)度過(guò)小時(shí)，有損閥芯密封。管路和閥門(mén)的密封性能差或遭到破壞，會(huì)出現(xiàn)泄漏，維護(hù)量增加，經(jīng)濟(jì)性降低。同時(shí)有些閥不適合小開(kāi)度工作，開(kāi)度小時(shí)，會(huì)發(fā)生跳開(kāi)現(xiàn)象，無(wú)法準(zhǔn)備控制流量。由于水泵平時(shí)均是全電壓運(yùn)行，電能浪費(fèi)尤為嚴(yán)重。2012年以來(lái)我們進(jìn)行了大量的泵類變頻改造。通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)電源頻率，調(diào)整電機(jī)即水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)給水流量和水泵揚(yáng)程的目的。取代因環(huán)境所造成的較高故障率的閥門(mén)控制方式。節(jié)能20%～60%，降低設(shè)備磨損，減少備品備件的投資，提高控制精度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
污泥回流泵采用PLC可編程控制器集中繼電控制與手動(dòng)控制和遠(yuǎn)方控制相結(jié)合，全壓運(yùn)行，由閥門(mén)控制流量。
2.6軟起動(dòng)器（晶閘管）的工作原理及主要特點(diǎn)
軟起動(dòng)器的工作原理是在主回路的每一相串接一個(gè)雙向大功率晶閘管或兩個(gè)反并聯(lián)單向大功率晶閘管作為電子開(kāi)關(guān)調(diào)壓元件，通過(guò)軟起動(dòng)器的中中央控制器（單片機(jī)），控制其觸發(fā)延遲角（α）來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平穩(wěn)升降和主回路的無(wú)觸點(diǎn)通斷，從而改變了加到定子繞組的三相平均電壓的大小。整個(gè)起動(dòng)和停止過(guò)程是在數(shù)字化程序軟件控制下自動(dòng)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑啟動(dòng)。因此，軟起動(dòng)器具備了很強(qiáng)的功能和靈活性，可根據(jù)負(fù)載的需要選擇不同的參數(shù)設(shè)定。
3技術(shù)改造方案
污水處理有許多泵類設(shè)備，節(jié)能潛力大，泵類設(shè)備在礦井水處理系統(tǒng)中起到關(guān)鍵的作用。根據(jù)現(xiàn)在的繼電控制系統(tǒng)選擇合適的變頻改造方案，下面針對(duì)具體設(shè)備案例簡(jiǎn)單介紹改造過(guò)程。
3.1污泥回流泵變頻控制 為節(jié)能降耗的需要，隨對(duì)其進(jìn)行了變頻改造。選用ABB系列變頻器ACS510-01-157A-4一臺(tái)，塑料外殼式斷路器DZ20Y-100/330040A一個(gè)，歐姆龍小型繼電器AC220V一個(gè)。
為了節(jié)約資金和降低操作人員的工作量，提高可操作性，同時(shí)又保證控制系統(tǒng)的完整性，保留了原有的各種控制功能。由于污泥回流流量在處理工藝中相對(duì)比較固定，采取通過(guò)人為的從人機(jī)界面中設(shè)定所需頻率。
變頻控制改造后，由于頻率、轉(zhuǎn)速、流量存在一定的關(guān)系，可通過(guò)調(diào)頻率來(lái)改變轉(zhuǎn)速，從而改變流量，保證了系統(tǒng)以穩(wěn)定的流量平穩(wěn)運(yùn)行。閥門(mén)基本可處于全開(kāi)狀態(tài)，杜絕了堵塞現(xiàn)象。系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，大大降低了維修量。
3.2反沖洗泵軟起動(dòng)控制
根據(jù)具體設(shè)備的運(yùn)行工藝要求，對(duì)于不適宜變頻調(diào)速的反沖洗水泵采用了軟啟動(dòng)控制器。它具有體積小、重量輕、控制方便且精度高，是一種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電動(dòng)機(jī)控制裝置。軟啟動(dòng)器的應(yīng)用降低了電能的消耗與維修操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
污水處理站有2臺(tái)55kw反沖洗水泵，1臺(tái)工作1臺(tái)備用。在電機(jī)運(yùn)行負(fù)載功率在80%以上時(shí)，選用軟啟動(dòng)器是最好、最實(shí)用、最省錢(qián)的。由于該負(fù)荷為水泵類且在水處理工藝中運(yùn)行次數(shù)及時(shí)間較少，所以采用性價(jià)比較優(yōu)的ABBPSS85/147-500L型軟啟動(dòng)器。塑料外殼式斷路器DZ20Y-100/3300100A。正常運(yùn)行以來(lái)，基本免于維護(hù)。
使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直至晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)到達(dá)額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供正常額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)提供停車(chē)功能，軟停車(chē)和軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車(chē)引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
根據(jù)負(fù)載特性、電源容量及原理圖的控制要求設(shè)定技術(shù)參數(shù)，啟動(dòng)時(shí)電壓提升時(shí)間為6S；選擇初始電壓為40%；因?yàn)槲覀儾捎玫氖请妱?dòng)機(jī)外接的方式，所以將連接選擇開(kāi)關(guān)S1置于外接位置上。然后進(jìn)行設(shè)備啟動(dòng)試驗(yàn)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)6S的電壓提升時(shí)間，旁路接觸器閉合電動(dòng)機(jī)全壓運(yùn)行。檢查發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器故障信息指示燈點(diǎn)亮，按下停止按鈕后電動(dòng)機(jī)正常停車(chē)。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)軟起動(dòng)器停止時(shí)電壓下降的速度設(shè)定在5S，根據(jù)原理圖分析在軟起動(dòng)器全壓切換時(shí)旁路接觸器給軟起動(dòng)器停止信號(hào)后直接切斷了軟起動(dòng)器的負(fù)荷，軟起動(dòng)器則認(rèn)為電動(dòng)機(jī)故障。將此參數(shù)設(shè)定為0S后故障排除，設(shè)備正常啟動(dòng)運(yùn)行。由此可見(jiàn)在軟起動(dòng)器使用過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)分析控制環(huán)境因素，做到參數(shù)設(shè)定準(zhǔn)確方可正常使用。
由于電機(jī)啟動(dòng)特性，電機(jī)直接連接供電系統(tǒng)啟動(dòng)（硬啟動(dòng)），將會(huì)產(chǎn)生高達(dá)電機(jī)額定電流5-7倍的浪涌（沖擊）電流，使得供電系統(tǒng)和串聯(lián)的開(kāi)關(guān)設(shè)備過(guò)載。直接啟動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩。沖擊電流不但會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生沖擊，也會(huì)使機(jī)械裝置受損，還會(huì)影響接在同一電網(wǎng)的其他電氣設(shè)備正常工作。
軟啟動(dòng)器在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過(guò)改變加在電機(jī)上的電源電壓，以減少啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起。軟啟動(dòng)的限流特性可有效限值沖擊電流，避免不必要的沖擊力矩以及對(duì)配電電網(wǎng)的電流沖擊，有效地減少線路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動(dòng)作；對(duì)頻繁啟停的電動(dòng)機(jī)，可有效控制電動(dòng)機(jī)的溫升，大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。因此軟啟動(dòng)器既能改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保護(hù)電動(dòng)機(jī)可靠啟動(dòng)，又能降低啟動(dòng)沖擊。
3.3提高系統(tǒng)穩(wěn)定性
為了進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度以及系統(tǒng)穩(wěn)定性，重新做了信號(hào)傳輸線的抗干擾處理，更換了部分抗干擾能力差的液位變送器，并對(duì)原有PLC程序進(jìn)行了修改、完善、寫(xiě)入、調(diào)試。
4結(jié)語(yǔ)
污水處理設(shè)備大都是高能耗設(shè)備設(shè)施，高能耗設(shè)備設(shè)施造成了污水處理成本高，因此，采用變頻、軟啟動(dòng)控制技術(shù)對(duì)污水處理設(shè)備設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造是必然趨勢(shì)。
變頻器與軟起動(dòng)器的應(yīng)用減小了對(duì)設(shè)備的沖擊，維護(hù)和維修量也跟隨降低，運(yùn)行成本大大降低，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目的實(shí)施順應(yīng)了節(jié)能降耗的企業(yè)之本，對(duì)全礦的推廣有著十分重要的意義。
經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：水處理成本包括設(shè)備折舊、材料消耗、人工工資、藥品消耗、電能消耗，其中電能消耗所占比例最大，所以機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行工況尤為重要。項(xiàng)目實(shí)施后，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
經(jīng)濟(jì)效益：該項(xiàng)目自2014年10月底實(shí)施至2016年3月底結(jié)束。從日常運(yùn)行記錄表上可以看出，同期電耗每月節(jié)約近1.6萬(wàn)kW.h電量，全年節(jié)約近19萬(wàn)kW.h電量，按0.6元/kW.h，全年將節(jié)約電費(fèi)19×0.6=11.4萬(wàn)元。同時(shí)，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行工況的改善降低了維修維護(hù)量和材料的消耗，產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。
社會(huì)效益：節(jié)約了電能資源，改變了水處理行業(yè)的高耗能形象。促進(jìn)了礦井節(jié)能減排的奮斗目標(biāo)，為我礦噸煤成本的進(jìn)一步降低做出了貢獻(xiàn)；降低了震動(dòng)和噪聲，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了職工工作環(huán)境，進(jìn)一步體現(xiàn)了以人為本的企業(yè)理念。
