市政行業(yè)關(guān)系到百姓日常生活的方方面面,主要包括供水、采暖、燃氣、廢水處理系統(tǒng)等。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計,在全國的800個城市,45000個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,較大的城市均設(shè)有燃氣系統(tǒng),北方的城市均設(shè)有供暖系統(tǒng),所有城市和絕大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均設(shè)有供水系統(tǒng)。
我國市政工程建設(shè)中,關(guān)于“水”系統(tǒng)的建設(shè)項目居多。由于我國基礎(chǔ)薄弱,水資源匱乏,在未來的幾年中,我國仍將建立一系列的供水工程及污水處理工程,以提高供水綜合能力和水資源的利用率,滿足日益增長的居民生活用水及工業(yè)用水需求。
恒壓供水
在工業(yè)生產(chǎn)、生活、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程中,普遍應(yīng)用供水專用變頻器,可加快速裝配成恒壓供水系統(tǒng)。用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水,與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比,節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點是:
1. 起動平衡,起動電流可限制在額定電流以內(nèi),從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊;
2. 由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了,從而可延長泵和閥門等的使用壽命;
3. 可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng);
一般地說,當(dāng)由一臺變頻器控制一臺電動機時,只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當(dāng)一臺變頻器同時控制兩臺電動機時,原則上變頻器的配用電動機容量應(yīng)等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時,可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量,但應(yīng)注意留有足夠的容量。
污水處理
污水處理廠的設(shè)備是全天候運轉(zhuǎn)的,而且曝氣機和潛水泵是污水處理的核心設(shè)備,需要用變頻器對曝氣機的鼓風(fēng)機和潛水泵進行調(diào)速。
變頻器在鼓風(fēng)機上的應(yīng)用
鼓風(fēng)機將壓縮空氣通過管道送入曝氣池,讓空氣中的氧溶解在污水中供給活性污泥中的微生物。鼓風(fēng)機在工頻狀態(tài)下起動時,電流沖擊較大,容易引起電網(wǎng)電壓波動,而鼓風(fēng)機風(fēng)壓一定,風(fēng)量只能靠工作臺數(shù)及出氣閥來調(diào)節(jié),實際生產(chǎn)運行中往往是通過調(diào)節(jié)出氣閥門來控制,即增加管道阻力。因而許多能量多浪費在閥門上。由于變頻器的軟啟動大大的減小了電機起動時對電網(wǎng)的沖擊,而且在正常運行的時候,將出氣閥門開到最大,根據(jù)工藝和參數(shù)的要求,適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)(通過控制系統(tǒng)的電位器)電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)管道的風(fēng)量,從而來調(diào)節(jié)污水中的氧氣含量。而且可以根據(jù)溶解氧傳感器反饋的信號(4-20MA)很方便的實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。免去了許多繁瑣的人工操作,并且具有明顯的節(jié)電效果。
變頻器在潛水泵上的應(yīng)用
潛水泵起動時的電流沖擊及調(diào)節(jié)壓力/流量的方式與鼓風(fēng)機相似。潛水泵起動時的急扭和突然停機時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂,嚴重的可能造成電機的損壞,且電機起動/停止時需開啟/關(guān)閉閥門來減小水錘的影響,如此操作一方面工作強度大,且難以滿足工藝的需要。在潛水泵安裝變頻調(diào)速器以后,可以根據(jù)工藝的需要,使電機軟啟/軟停,從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在流量不大的情況下,可以降低泵的轉(zhuǎn)速,一方面可以避免水泵長期工作在滿負荷狀態(tài),造成電機過早的老化,而且變頻的軟啟動大大的減小水泵啟動時對機械的沖擊。并且具有明顯的節(jié)電效果。
污水處理工藝過程及應(yīng)用效果(活性污泥處理方式,日處理量為8000噸級):
污水處理廠中的鼓風(fēng)機和潛水泵在使用了變頻器以后,不但免去了許多繁瑣的人工操作,不安全隱患因素,并使系統(tǒng)始終處于一種節(jié)能狀態(tài)下運行,延長了設(shè)備的使用壽命,更好的適應(yīng)了生產(chǎn)需要。
軌道交通
電氣化鐵路和城市軌道交通從直流到交流傳動的迅猛發(fā)展,是和新興的電力電子器件的發(fā)展密不可分的。因為任何一種新器件的出現(xiàn),都會為電力變換技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造突破口,從而大幅度提高變頻器的性能和擴大其應(yīng)用范圍。
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,我國的城市軌道交通建設(shè)也在不斷發(fā)展。近幾年,我國的城市軌道交通建設(shè)步入了快速發(fā)展的軌道,尤其是北京、上海,廣州、深圳、南京、蘇州、杭州等城市以珠江三角洲、長江三角洲地區(qū)的經(jīng)濟騰飛為時機,其地鐵、輕軌等城市軌道交通的建設(shè)更趨活躍。
軌道交通行業(yè)中,除了城軌車輛的牽引系統(tǒng)需要使用牽引變頻器之外,像軌道交通中的風(fēng)機、空調(diào)和電梯系統(tǒng)也都需要變頻器進行變頻調(diào)速和節(jié)能作用,特別是節(jié)能作用越來越被軌道交通行業(yè)所重視。如上海地鐵出于節(jié)能考慮,從2007年開始考慮在新建的線路上空調(diào)箱和風(fēng)機采用變頻控制,而從八十年代開始建成的七條線的空調(diào)和風(fēng)機上都沒有采用變頻控制。因此,可以預(yù)見,變頻器在風(fēng)機和空調(diào)箱上的使用越來越多。
在電梯方面,北京地鐵開始建設(shè)時,自動扶梯設(shè)置較少,為方便各國政要及國內(nèi)外游客參觀中國革命軍事博物館,北京地鐵1號線軍事博物館站東北側(cè)出站口設(shè)有一臺自動扶梯。近年,隨著13、5、10、8號線的開通,在大多數(shù)出入口設(shè)置了自動扶梯,以后,北京地鐵的主要車站,都將設(shè)置上行乃至上下行自動扶梯。隨著電梯建設(shè)得越來越多,節(jié)能需求的越來越強烈,變頻器在其中的使用也將越來越多。國內(nèi)軌道交通行業(yè)中使用的電梯是由電梯系統(tǒng)集成商將變頻器集成到電梯中,作為一個整體來中標,不存在單獨招標變頻器的情況,一般設(shè)計院也不會專門制定使用哪個品牌的變頻器,因此變頻器廠商主要需要和電梯系統(tǒng)集成商形成合作,而國內(nèi)軌道交通行業(yè)的電梯系統(tǒng)主要的系統(tǒng)集成商大約7、8家,如日立、三菱、奧的斯、迅達、蒂森等。
隨著風(fēng)機、空調(diào)系統(tǒng)中變頻器應(yīng)用的從無到有和電梯建設(shè)的由無到有,變頻器在其中的應(yīng)用將越來越多,呈現(xiàn)一種高速增長的方式,因此,對于變頻器在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用,我們持一種樂觀的態(tài)度。
低壓變頻器在軌道交通行業(yè)應(yīng)用較多的,為空調(diào)系統(tǒng)及電梯。用變頻裝置拖運空調(diào)系統(tǒng)的冷凍泵、冷水泵、風(fēng)機是一項非常好的節(jié)電技術(shù)。目前國內(nèi)出現(xiàn)不少專做空調(diào)節(jié)電的公司,其中主要技術(shù)是變頻調(diào)速節(jié)電。近幾年,電梯調(diào)速以原來直流調(diào)速,轉(zhuǎn)為交流電動機變頻調(diào)速,上海三菱、廣州日立、青島富士、天津奧的斯等均采用交流變頻調(diào)速,傳統(tǒng)電梯生產(chǎn)廠家也逐步進行變頻技術(shù)的改造。
2011年低壓變頻器應(yīng)用于市政行業(yè)市場規(guī)模達到11.5億。
圖表 78: 城市軌道交通主要低壓變頻器應(yīng)用負載
軌道設(shè)備
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負載
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功率段
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風(fēng)機
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隧道風(fēng)機、回排風(fēng)機、排熱風(fēng)機
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11—110KW
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空調(diào)
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組合中央空調(diào)系統(tǒng)
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11—110KW
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電梯
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自動扶梯、電梯
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2.2—22KW
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