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變頻器在高速公路上的節能應用

未知 2019-10-13 15:13

一.前言:

  近年來,我國高速公路建設的發展迅速,自1988 年建成我國第一條高速公路,到2004年底,我國高速公路通車里程已超過3.4萬公里,僅次于美國,繼續保持世界第二。高速公路及其他高等級公路的建設,改善了我國公路的技術等級結構,改變了我國公路事業的落后面貌,縮短了我國同發達國家之間的差距,有效地拉動內需,刺激了高速公路附近地區的經濟繁榮和發展,高速公路的發展對國民經濟產生了越來越重要的影響。在高速公路上,設有很多收費站,每一進、出車道上均有一欄桿機,欄桿機的傳動需要變頻器驅動。這些收費站大都遠離城市,收費站的生活區也不可能由城市自來水供應。一般是就地打一口井,抽地下水滿足生活需求,這就需要一套小型的供水系統。高速公路上每間隔50~60公里就有一個服務區,這些服務區也是遠離城市,同樣需要獨立的供水系統。在全國,高速公路收費站、服務區的數量眾多,變頻恒壓供水系統是必然的選擇。另外,在較長隧的通風系統中變頻器也有應用。

二.變頻器在欄桿上的應用

  欄桿機控制高速公路的起、閉。欄桿機由金屬機箱(橙黃色)、電機、減速器,變頻器、動態平衡器、控制凸輪組、橫桿、防砸檢測器等組成。-其中控制器由兩部分電路組成,一部分控制檔車器的橫桿運動;另一部分用于處理各種輸入輸出信號,如防砸處理、119報警處理和等待放行功能等。欄桿機與入口終端機及出口終端機等設備聯機,以控制檔桿之開啟與關閉。檔桿長度為3米或以上。檔桿可做0~90度間連續運轉不會過載,啟、閉檔桿的時間在5秒以內,每天可操作10000次。欄桿機的供電電壓為交流220V,由于高速公路收費站遠離城市,供電大多就近取自農網,農網的供電壓不穩定,電壓的波動達到 20%。由此對變頻器的要求是:頻繁的起動停止﹑快速的加減速﹑適應寬范圍波動的電源電壓﹑運行平穩﹑欄桿起升﹑下降的位置準確。一般欄桿機安裝在野外,收費站的頂棚可遮擋從上面下的雨,但擋不住風大時從側面吹來的雨水,因此,欄桿都有一個封閉的機箱,用來安裝變頻器和電器控制系統。變頻器裝在空間不大的封閉機箱中,在夏季氣溫較高時不會引起過熱跳閘。因為安裝位置有限,要求變頻器的體積盡量小。

  希望森蘭SB40D系列變頻器是高性能的通用變頻器、具有較高的啟動轉矩、設計上運用獨有樹狀散熱器,可使機身超小型、生產采用貼片工藝,使機器可靠性大幅度提高、內置PLC功能、IGBT、IPM智能功率模塊超靜音運行、多路可編程功能輸出端子和繼電器輸出端子、輸入電壓的變化范圍允許在176V~264V之間。在某高速公路收費站用希望森蘭SB40D0.75KW變頻器控制欄桿機,變頻器的設置如下:F02=1 運轉指令由端子控制,F08=0.7 加速時間0.7s,F09=0.7 減速時間0.7s,F31=0.1 起動持續時間0.1s,其余均按出廠值。欄桿機使用變頻器后,由于加減速時間可任意調節,此處設置加減速時間為0.7s,檔桿每天操作數百次至上千次,擋桿起降平穩自如;輸入電壓的變化范圍到 20%后,沒有因電壓的波動跳閘,取得了較好的使用效果。

三. 高速公路服務區和收費站的恒壓供水

  高速公路服務區和收費站中有不少工作人員,有人生活的地方就一定要用水,而服務區和收費站一般離城市較遠,不可能依靠城市自來水管網供水,只好就近取水源供水。靠河邊的區、站總是少數,因此絕大多數區、站取地下水,如果鐵錳含量超標,經暴化處理,再經沉淀,過濾后作為生活用水。在這些區、站中人數不是很多,高峰和低谷的用水量變化非常大,不用變頻調速的供水系統會造成電能極大的浪費。因此,最常見的都做成變頻恒壓供水系統,這樣,當用水量較小時,變頻器自動降頻,水泵電機的轉速變慢,電能消耗大幅度下降;深夜無人用水時,還可使變頻器進入休眠狀態,即變頻器停止運行,但仍在監測管網的水壓。由于管道的泄漏,當管網的水壓低于某一值時,例如,設定值的65%(此值可任意設定),變頻器重新起動,管網水壓又開始上升,到設定值時仍無人用水,過一段時間變頻器再次進入休眠。這樣,無需人員的干預,就可實現水泵的自動起停,節電會更顯著。從上面的過程還可看出,用水的高峰和低谷之間差別越大,管道的泄漏越少,節電越顯著。

四. 收費站的變頻恒壓供水系統

  高速公路某收費站有20多人,離最近的城市也有10公里的路程,生活用水就自建一個小型的供水系統。選擇適當的地方,打了一口30米深的井,地下水的水質還不錯,細菌含量低于自來水飲水標準,經沉淀,過濾后就是優質的生活用水。抽水泵采用一臺功率22kw深井泵,用鋼絲繩吊裝在離井口28米的井水中。井水抽上來進入沉淀池,過濾后再由兩臺15kw水泵(一用一備)將水送入管網供使用,變頻恒壓供水系統的主電路原理圖和控制原理圖如圖1和圖2所示。
  


  圖1 恒壓供水主電路原理圖

  


  圖2 恒壓供水控制電路原理圖

  從圖1可見,由于供水泵是一用一備,任何時候都只有一臺水泵在變頻狀態或者在恒速狀態工作,圖中的KM1~KM4就用于變頻和恒速;1#泵和2#泵之間的切換,所以系統具有較大的靈活性,可任意選擇1#泵和2#泵工作于變頻或恒速。

  恒壓供水選用森蘭BT12S15KW系列風機、水泵專用變頻器,該系列變頻器有內置PID調節器,并集成有供水軟件,非常適合恒壓供水應用。壓力變送器選用森納斯DG13W-BZ-A 量程1MPa,顯示器采用宏潤WP-801多功能顯示器,在運行過程中,可從顯示器上讀出實時的壓力值。

  收費站的樓層一般都不高,恒壓供水的給定值設為0.25MPa~0.3MPa,可用外接電位器或直接在變頻器操作鍵盤上設定。為防止無關的人員修改設定,推薦使用鍵盤設定。

  從圖2可見,K3用于恒速/變頻選擇;ZK1、ZK2為中間帶零位的三位旋鈕開關,用于水泵的選擇,并且為保證安全,恒速與變頻之間;1#泵與2#泵之間都有互鎖。本例恒壓供水系統已經安全運行了兩年,為用戶節省了電能,取得了較好的經濟效益。

五﹑變頻器在隧道通風中的應用

  在山區修建高速公路,必然要建隧道,當隧道的長度較長或隧道穿過有煤層地質存在的地方時,由于隧道較長,車輛經過時揚起的灰塵和煤層中泄出的瓦斯在隧道中不易消散,前者在隧道中使能見度降低,引發交通事故;后者使瓦斯在隧道空氣中積累,當瓦斯在隧道中集聚的濃度比較高時,可能引發惡性爆炸事故,這應該絕對避免發生的。因此,隧道中裝有光電傳感器和瓦斯傳感器,只要隧道中使能見度降低或瓦斯濃度超標時,就起動安裝在隧道中的風機進行排風作業,達到要求后自動停止風機運轉。實際上,通風系統是一計算機監控系統,由計算機對隧道中的狀況進行實時監控和記錄,保證行車和隧道的安全。

  高速公路隧道的通風也可用變頻器,也可用軟起動器,一般來說,用變頻器可節省電力變壓器和線路的投資。隧道中除風機用電外,照明也需要用電,常規的方法是就近架一路10kv輸電線到隧道附近,再由變壓器降壓到380v/220v使用。變頻器驅動的風機可在額定電流下起動,如果用軟起動器起動風機,用限流起動方式時,起動電流為額定電流的2.5~5倍,如用電壓斜坡式起動,其起動電流為額定電流的5~7倍。這就意味著變壓器的容量須加大,考慮起動時線路的壓降,輸電線的線徑也必須增加,能耗也要加大。因此,在隧道通風中用變頻器不僅可節省投資,還有一定的節能。

六﹑結束語

  在高速公路上,應用電氣傳動的機械有限,但高速公路的收費站和服務區眾多,就欄桿機和恒壓供水系統,變頻器的使用量是比較大的,對于較長的隧道的通風系統才需要變頻器,用量不是很大,但功率容量比較大。

  高速公路使用了變頻器后,可提升自動化控制水平,恒壓供水和隧道通風系統有一定的節能效果。

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