节能降耗与功能安全是水工业建设的两大主题_变频技术_功能安全

节能降耗与功能安全是水工业建设的两大主题

2008/8/27 16:44:00

摘要：近二十多年来，国内外水工业等各种企业，大量选用变频调速技术来实现工艺流程的节能降耗，是主流也是主题。变频器具有什么样的功能，才是安全可靠的绿色环保型的驱动装置？一个现代化的水工业网络综合自动化监控系统，监控功能标准和功能安全标准如何做到同步设计？这也是当今工程建设中必须解决的第二个主题。作者就这二个主题的解决思路，提出解决问题的对策，这只是抛砖引玉；希望广大的同仁志士，都来研究这两大主题的科学技术解决之道，多快好省的完成十一五规划中各行各业的建设任务。

关键词：变频技术；功能安全；电气/电子/可编辑自动控制器；IEC61508系列标准

Energy-saving, Consumption Reduction and Function Safety are the Two Main Themes of Water Industrial Construction

Brief introduction to highlights of RONXIN Company SVC and HVC devices

Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute Yunzhen Chen

Abstract: Over the past 20 years, most domestic and international water industry and other enterprises have chosen frequency control technology to achieve energy-saving in process flow, which is the mainstream and also the theme. What functions inverter should have so that we can say it’s safe and reliable environment-protecting driving device？How can a modern water industry network’s integrated automation supervisory system, supervisor control functional standards and function safety standards be designed synchronously? This is the second theme that must be resolved in engineering construction today. The author brings up countermeasures to the problem according to the solution ideas of the two themes, which is just a beginning. I hope that colleagues and intellects all come to study the scientific and Technical solutions of these two major themes, and complete the 11th Five-Year Plan construction tasks in all industries more, faster, better and cheaper.

Key Words: Inverter Technology; Function Safety; Electrical / Electronic / Programmable Automatic Controller; IEC61508

随着十一五规划的实施，城乡缺水将更加严重。我国人均水资源占有量只有世界人均水平的四分之一。一方面国家拨巨资进行建设，到2010年，将投入1250亿美元进行水厂扩建改建和污水治理及环境改造，另一方面由于老一套的经济运转模式，存在严重的污染和浪费。综观当前国内水工业市场，绝大多数是老企业，设备陈旧，工艺及供电设备老化，自动化水平低下，水耗药耗材耗严重，先进控制技术极少采用。就是近几年来新建扩建改建的水处理工程，花了不少投资组建的FCS、DCS、PLC监控系统也不是名符其实的，不能进行网络化监控，造成许多资源白白浪费。更有许多处理厂站，存在先天性的不足，工艺设计不合理，工艺流程布局混乱，变电站远离负荷中心，使得电力电缆和控制电缆大多太长。特别是水泵机组的配置不够科学，使得给排水系统的电耗居高不下。吨水的单位电耗远远超过欧美、日本等国家。水工业的节能降耗到了刻不容缓的地步。水工业各大系统节能降耗要做的文章大多了。要针对大量老水厂的技术改造和新水厂的节能降耗中的几个关键技术难题，进行科学的分析研究并对每个水厂都要从实际情况出发，对水源供水做深入细致的调查分析，对水管的平差压力必须做大量的科学的计算。一个大型的给水工程往往有1个或2个以上的取水泵站，几个中间加压泵站和综合的净配水厂组成。大、中型城市的供水系统，往往是多水源、多泵站、多管道、多用户组成。一个大型的水泵站，又是多台机组并联运行。装机容量是按最不利的条件下，最大时流量和所需扬程来决定的。只有采用水泵机组变频的无级调速技术，才能连续地改变各水泵机组的转速，来变更水泵的工况，使其综合的等效特性曲线适应特定管网用水量的变化，维护管网的压力恒定，最大限度地提高各水泵机组效率，达到理想的节能效果。

一个流程企业采用变频调速技术，既是电气传动问题，也是一个综合的自动化网络监控的问题。过去设计时，对电气的机械安全问题比较重视，但对网络监控系统的功能安全问题考虑的不够。一个流程企业的调速装置是最为重要的现场启动设备，它本身的功能安全与否与系统的安全运转有直接的关系，网络监控系统的功能安全好坏也直接影响到调速装置的正常运行。变频调速技术是一个多专业跨行业的高科技综合体，与数字采集、数据信息传输、监控组态软件、现代的先进控制技术、仪器仪表測控系统、电子技术、电气传动技术、流体技术、嵌入式技术、虚似技术、微细的精加工技术、网络技术、功能安全技术等多领域的高精尖科学技术紧密相联。下面，就采用变频调速技术和网络监控系统的功能安全中必须解决的几个主要问题，进行探讨，希望同仁志士共同研讨这两大主题的破解之道。

1 节能降耗是水工业建设的永恒主题

节能降耗是水工业建设的永恒主题，是我们必须坚决执行的基本国策。用实例来论证我的观点。

1.1 北京水源九厂大型静水配水处理厂站变频调速的实例介绍

北京水源九厂的送水泵房有4套西门子的变频调速装置，第三期又上了2套罗宾康的电压源型变频调速装置。现在6台2500kW的调速水泵机组同时并联运转。日供水量为150万m³/d，占了北京总供水量的2/3之多，其节能降耗的成果非常显著。顺便提一下，与水泵机组一一对应的变频器只是提供不同速度下的电能量而已。

从上世纪80年代开始，水工业市场真正步入了变频调速时代。如北京水源九厂、深圳梅林水厂、深圳东湖泵站、北京第八水厂、长春第二水厂，上海原水公司，上海、广州、重庆、成都、长春、武汉、昆明、石家庄、大庆油田、厦门、福州、东莞、天津、苏州、沈阳、哈尔滨、西安自来水公司等几百个大中小型水厂的配水泵房都选用了变频调速装置。水泵电机单机容量从200kW到3000kW，采用了大容量的变频调速装置约2000台以上。200kW以下容量选用变频调速装置的就更多了。

1.2 引英入连大型水源取水泵站变频调速的实例介绍

东北市政设计院设计的供水工程水源泵站，2001年正式投产，其供水能力为66万m³/d，共5台2800kW的卧式离心水泵，变速电机电压为3kV，其中4台水泵机组选用Simovert MV电压源型变频器，采用三电平的磁场定向式矢量控制技术，逆变侧采用了大功率全控器件高压IGBT元件，因为IGBT元件的开通和关断过程都是连续可控的，无需附加其它电路，就能实现dv/dt控制，减小了电机和变压器上的dv/dt。由于采用了KTY84器件，可在线地得到高精度的转矩控制，Simovert MV是一种可靠性较高的变频器，4年来一直运转良好，其节电效果非常明显：每年节电452万kW.h，按0.6元/kW.h计算，则每年均能省电费536万元。而取水泵站的全部调速装置投资为800万元，不到2年，就收回了基建投资。

1.3 南水北调各输水泵站工程变频调速的大量选用

·北京市田村山水厂和石化供水取水泵站改扩建工程均为南水北调工程的的重要配套项目之一，6kv中压水泵机组均选用西门子电压源型的高效变频器，根据用户的实际需要，进行在线的变速监控。其他各输水泵站都选用西门子等公司的变频器作为节能降耗的主要措施。