煤場(chǎng)噴淋泵變頻改造實(shí)踐

張 浩，謝 飛，周勁松（國(guó)華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221166）

煤場(chǎng)噴淋泵變頻改造實(shí)踐

張 浩，謝 飛，周勁松
（國(guó)華徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221166）

介紹了某公司煤場(chǎng)噴淋泵概況及其變頻系統(tǒng)控制原理和參數(shù)，分析了噴淋泵存在的問題，提出了改造處理措施和后續(xù)改進(jìn)設(shè)想，將煤場(chǎng)噴淋泵工頻控制系統(tǒng)改為變頻控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了噴淋泵的變頻恒壓運(yùn)行，以確保噴淋泵運(yùn)行安全可靠。

輸煤系統(tǒng)；噴淋泵；變頻器；壓力變送器

0 概況

某公司2×1 000 MW機(jī)組燃料生產(chǎn)區(qū)域的含煤廢水處理裝置，于2011年下半年投入運(yùn)行，其處理后產(chǎn)生的凈水通過噴淋泵為燃料輸煤系統(tǒng)煤場(chǎng)噴淋及輸煤棧橋水沖洗系統(tǒng)供水。煤場(chǎng)2臺(tái)噴淋泵均為立式單級(jí)單吸式管道離心泵（天力牌無密封自控自吸泵，型號(hào)100 WFB；電機(jī)型號(hào)Y2-250M-2，功率55 kW，額定電流99.84 A，額定轉(zhuǎn)速2 965 r/min）。噴淋泵始終維持工頻狀態(tài)下運(yùn)行，管路壓力高，電能消耗大，且啟動(dòng)過程中對(duì)泵和管道沖擊力也大，會(huì)加速設(shè)備磨損，影響其使用壽命。為此，該公司于2014年12月將煤場(chǎng)噴淋泵工頻控制系統(tǒng)改造為變頻控制系統(tǒng)。

改造選用的變頻器是AC S510系列，2臺(tái)噴淋泵僅需1臺(tái)變頻器，具備SPFC宏控制功能，無需額外加裝PLC即可將2臺(tái)噴淋泵設(shè)置為自動(dòng)互補(bǔ)式的運(yùn)行方式，既能保證水沖洗系統(tǒng)的工作水壓，又降低了改造成本。

噴淋泵投入變頻運(yùn)行后，變頻控制實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，使電機(jī)工作平穩(wěn)，電機(jī)軸承磨損減小，延長(zhǎng)了電機(jī)使用壽命和維護(hù)周期；同時(shí)，可根據(jù)用水量、出水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行頻率，節(jié)電30 %以上。

1 噴淋泵變頻系統(tǒng)控制原理及參數(shù)

噴淋泵變頻系統(tǒng)包括ABB AC S510系列55 kW變頻器1臺(tái)，壓力檢測(cè)傳感器1套、液位控制器、電源隔離器、數(shù)顯儀表和相關(guān)工、變頻切換主令開關(guān)等元器件。輸入電源為三相交流380 V，控制電源為220 V AC和24 V DC。此次變頻器選用SPFC宏功能，可實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水、工頻直接啟動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)變頻2臺(tái)水泵輪換啟動(dòng)、工頻變頻自由切換、缺水報(bào)警等功能。噴淋泵變頻系統(tǒng)控制原理如圖1所示，變頻器主要參數(shù)如表1所示。

圖1 噴淋泵變頻系統(tǒng)控制原理

2 問題分析與處理

2.1 壓力變送器輸出示值下降慢

噴淋泵調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，噴淋泵投入使用后，數(shù)字壓力表示值（由壓力變送器采集而來）較為精確，與就地指針壓力表顯示值基本一致。但噴淋泵停止工作后，數(shù)字壓力表示值下降極慢，而就地指針壓力表顯示已完全泄壓。對(duì)變頻控制柜中的直流隔離器和數(shù)顯儀表，以及對(duì)壓力變送器的接口針閥進(jìn)行解體檢查，都未發(fā)現(xiàn)問題， 最終通過對(duì)整體管路結(jié)構(gòu)的分析找出了原因。

表1 變頻器主要參數(shù)

2臺(tái)噴淋泵為立式單級(jí)單吸式管道離心泵，泵體較大，整體高度約為2 m。2臺(tái)水泵出水管道處分別安裝單向截止閥，壓力變送器安裝位置處于2臺(tái)泵出水口交匯處近90°彎曲管道下方，整個(gè)出水管道呈U型。噴淋泵工作停止后，一方面由于單向截止閥的作用，管路壓力無法向電機(jī)側(cè)泄壓；另一方面由于出口管路位置較高，也無法向出口側(cè)泄壓，相當(dāng)于壓力變送器在U型管道的底部（見圖2），始終保持較高壓力，從而導(dǎo)致壓力變送器在停泵狀態(tài)下的輸出壓力信號(hào)值不準(zhǔn)確。

圖2 壓力變送器、就地壓力表安裝位置

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，可以確定在啟動(dòng)泵狀態(tài)下壓力變送器的值是準(zhǔn)確的和靈敏的，只有在停泵狀態(tài)下才會(huì)緩慢向零壓狀態(tài)變化，并可能造成壓力誤判。

2.2 變頻對(duì)電動(dòng)空氣控制閥的影響

WSF-A電動(dòng)空氣控制閥額定電壓380 V AC，與電機(jī)電源并接，是一種專門用來阻斷WFB系列自吸泵虹吸現(xiàn)象的排氣裝置。啟泵時(shí)，電機(jī)通電運(yùn)行，該閥控制模塊得電，磁鐵吸合推動(dòng)閥桿使密閉室閉合，使水泵進(jìn)液管形成真空，水泵吸水。停泵時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行，控制模塊失電，磁鐵及推動(dòng)閥桿受彈簧反作用力使密閉室打開，空氣從密閉室進(jìn)入吸液管使泵室與進(jìn)液管液體分離，阻斷虹吸現(xiàn)象，確保泵室有足夠液體以備水泵再次自吸。

改為變頻控制方式后，噴淋泵的啟停方式為軟啟動(dòng)，在水泵開啟后一段時(shí)間內(nèi)電機(jī)電源輸入端達(dá)不到380 V AC，電動(dòng)空氣閥在此時(shí)間內(nèi)無法動(dòng)作，密閉室處于打開位置，而水泵正處于低壓運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)空氣閥在水泵頻率升至50 Hz之前，不能夠?yàn)樽晕米龀鍪状我鞴ぷ鳎L(zhǎng)期使用很有可能導(dǎo)致水泵的機(jī)械部件磨損，縮短其使用壽命。

2.3 噴淋泵電機(jī)電源電纜長(zhǎng)度問題

在該變頻控制系統(tǒng)中，電機(jī)電纜最大長(zhǎng)度要求小于100 m。原含煤廢水MCC（motor control center，電機(jī)控制中心）至控制箱的電源電纜經(jīng)過電纜溝繞行，如果直接改為變頻器輸出電纜，長(zhǎng)度大于100 m，將造成傳動(dòng)單元的永久損壞。如果串接1臺(tái)電抗器，又將增加設(shè)備成本和故障率，最合理的方法是重新規(guī)劃電纜路徑，取最近距離。通過地面開挖、埋電纜穿管，使電纜長(zhǎng)度減少到70 m。同時(shí)，根據(jù)變頻器電源線的敷線要求，變頻柜與含煤廢水MCC柜相鄰安裝，使變頻器輸入電源線長(zhǎng)度小于5 m。這樣就滿足了變頻器電源輸入與變頻器輸出線纜長(zhǎng)度的要求。

3 后續(xù)改進(jìn)設(shè)想

3.1 工、變頻控制回路增加液位信號(hào)

液位控制是通過測(cè)量水位高低，以實(shí)現(xiàn)水泵、電磁閥的啟停功能，防止出現(xiàn)水泵缺水運(yùn)轉(zhuǎn)故障狀態(tài)。但原噴淋泵啟停控制回路中并沒有用到液位控制，含煤廢水噴淋系統(tǒng)不是24 h有人看守，若噴淋池液位過低，噴淋泵缺水運(yùn)行，電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間稍長(zhǎng)將造成泵體損壞。

因此，在下一次對(duì)含煤廢水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，計(jì)劃將噴淋池液位模擬量信號(hào)接進(jìn)含煤廢水控制箱內(nèi)的PLC AC I模塊中，充分利用原有的PLC，將高、低液位信號(hào)邏輯組態(tài)后，輸出至變頻器控制柜，用來控制噴淋泵工頻或變頻啟動(dòng)；即液位必須達(dá)到設(shè)定值才能啟動(dòng)，并在缺水時(shí)報(bào)警。

3.2 更改電動(dòng)空氣閥電源

為消除噴淋泵電動(dòng)空氣閥電源與電機(jī)電源并接對(duì)自吸泵啟動(dòng)的不利影響，在下一步含煤廢水系統(tǒng)改進(jìn)時(shí)，需要對(duì)電動(dòng)空氣閥的供電電源及控制回路做出改進(jìn)。可將A，B泵的工頻和變頻接觸器的啟停狀態(tài)反饋信號(hào)（圖1中的KM1-1，KM1-2，KM2-1，KM2-2的輔助觸點(diǎn)）作為電動(dòng)空氣閥的啟停信號(hào)；空氣閥電源直接接自變頻控制箱（見圖3）。這樣，電動(dòng)空氣閥就可在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)處于全壓運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 調(diào)整壓力變送器安裝位置

為了解決壓力變送器安裝位置不當(dāng)，導(dǎo)致輸入至變頻器控制箱內(nèi)的壓力信號(hào)泄壓緩慢的問題，可采用如下方法：加裝2臺(tái)壓力變送器，分別安裝于2臺(tái)泵各自出水口的單向截止閥前，與指針壓力表位置基本相同（如圖2壓力表位置）。

圖3 計(jì)劃改進(jìn)的電動(dòng)空氣閥接線

1 周勁松.增壓泵變頻控制應(yīng)用技術(shù)交流［J］.電力安全技術(shù)，2014，16（3）：22-25.

2 邸若冰，崔學(xué)英.火電廠凝結(jié)水泵變頻改造中的常見問題［J］.電力安全技術(shù)，2011，13（9）：55-58.

2015-05-06；

2015-08-26。

張 浩（1991-），男，大專，主要從事燃料電氣檢修工作，email：438613332@qq.com。

謝 飛（1991-），男，大專，主要從事燃料電氣運(yùn)行維護(hù)、檢修工作。

周勁松（1969-），男，工程師，主要從事燃料電氣檢修管理相關(guān)工作。