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变频器在高速公路上的节能应用

2019-07-21 10:53编辑:admin人气:


一.前言:

  近年来,我国高速公路建设的发展迅速,自1988 年建成我国第一条高速公路,到2004年底,我国高速公路通车里程已超过3.4万公里,仅次于美国,继续保持世界第二。高速公路及其他高等级公路的建设,改善了我国公路的技术等级结构,改变了我国公路事业的落后面貌,缩短了我国同发达国家之间的差距,有效地拉动内需,刺激了高速公路附近地区的经济繁荣和发展,高速公路的发展对国民经济产生了越来越重要的影响。在高速公路上,设有很多收费站,每一进、出车道上均有一栏杆机,栏杆机的传动需要变频器驱动。这些收费站大都远离城市,收费站的生活区也不可能由城市自来水供应。一般是就地打一口井,抽地下水满足生活需求,这就需要一套小型的供水系统。高速公路上每间隔50~60公里就有一个服务区,这些服务区也是远离城市,同样需要独立的供水系统。在全国,高速公路收费站、服务区的数量众多,变频恒压供水系统是必然的选择。另外,在较长隧的通风系统中变频器也有应用。

二.变频器在栏杆上的应用

  栏杆机控制高速公路的起、闭。栏杆机由金属机箱(橙黄色)、电机、减速器,变频器、动态平衡器、控制凸轮组、横杆、防砸检测器等组成。-其中控制器由两部分电路组成,一部分控制档车器的横杆运动;另一部分用于处理各种输入输出信号,如防砸处理、119报警处理和等待放行功能等。栏杆机与入口终端机及出口终端机等设备联机,以控制档杆之开启与关闭。档杆长度为3米或以上。档杆可做0~90度间连续运转不会过载,启、闭档杆的时间在5秒以内,每天可操作10000次。栏杆机的供电电压为交流220V,由于高速公路收费站远离城市,供电大多就近取自农网,农网的供电压不稳定,电压的波动达到 20%。由此对变频器的要求是:频繁的起动停止﹑快速的加减速﹑适应宽范围波动的电源电压﹑运行平稳﹑栏杆起升﹑下降的位置准确。一般栏杆机安装在野外,收费站的顶棚可遮挡从上面下的雨,但挡不住风大时从侧面吹来的雨水,因此,栏杆都有一个封闭的机箱,用来安装变频器和电器控制系统。变频器装在空间不大的封闭机箱中,在夏季气温较高时不会引起过热跳闸。因为安装位置有限,要求变频器的体积尽量小。

  希望森兰SB40D系列变频器是高性能的通用变频器、具有较高的启动转矩、设计上运用独有树状散热器,可使机身超小型、生产采用贴片工艺,使机器可靠性大幅度提高、内置PLC功能、IGBT、IPM智能功率模块超静音运行、多路可编程功能输出端子和继电器输出端子、输入电压的变化范围允许在176V~264V之间。在某高速公路收费站用希望森兰SB40D0.75KW变频器控制栏杆机,变频器的设置如下:F02=1 运转指令由端子控制,F08=0.7 加速时间0.7s,F09=0.7 减速时间0.7s,F31=0.1 起动持续时间0.1s,其余均按出厂值。栏杆机使用变频器后,由于加减速时间可任意调节,此处设置加减速时间为0.7s,档杆每天操作数百次至上千次,挡杆起降平稳自如;输入电压的变化范围到 20%后,没有因电压的波动跳闸,取得了较好的使用效果。

三. 高速公路服务区和收费站的恒压供水

  高速公路服务区和收费站中有不少工作人员,有人生活的地方就一定要用水,而服务区和收费站一般离城市较远,不可能依靠城市自来水管网供水,只好就近取水源供水。靠河边的区、站总是少数,因此绝大多数区、站取地下水,如果铁锰含量超标,经暴化处理,再经沉淀,过滤后作为生活用水。在这些区、站中人数不是很多,高峰和低谷的用水量变化非常大,不用变频调速的供水系统会造成电能极大的浪费。因此,最常见的都做成变频恒压供水系统,这样,当用水量较小时,变频器自动降频,水泵电机的转速变慢,电能消耗大幅度下降;深夜无人用水时,还可使变频器进入休眠状态,即变频器停止运行,但仍在监测管网的水压。由于管道的泄漏,当管网的水压低于某一值时,例如,设定值的65%(此值可任意设定),变频器重新起动,管网水压又开始上升,到设定值时仍无人用水,过一段时间变频器再次进入休眠。这样,无需人员的干预,就可实现水泵的自动起停,节电会更显著。从上面的过程还可看出,用水的高峰和低谷之间差别越大,管道的泄漏越少,节电越显著。

四. 收费站的变频恒压供水系统

  高速公路某收费站有20多人,离最近的城市也有10公里的路程,生活用水就自建一个小型的供水系统。选择适当的地方,打了一口30米深的井,地下水的水质还不错,细菌含量低于自来水饮水标准,经沉淀,过滤后就是优质的生活用水。抽水泵采用一台功率22kw深井泵,用钢丝绳吊装在离井口28米的井水中。井水抽上来进入沉淀池,过滤后再由两台15kw水泵(一用一备)将水送入管网供使用,变频恒压供水系统的主电路原理图和控制原理图如图1和图2所示。
  


  图1 恒压供水主电路原理图

  


  图2 恒压供水控制电路原理图

  从图1可见,由于供水泵是一用一备,任何时候都只有一台水泵在变频状态或者在恒速状态工作,图中的KM1~KM4就用于变频和恒速;1#泵和2#泵之间的切换,所以系统具有较大的灵活性,可任意选择1#泵和2#泵工作于变频或恒速。

  恒压供水选用森兰BT12S15KW系列风机、水泵专用变频器,该系列变频器有内置PID调节器,并集成有供水软件,非常适合恒压供水应用。压力变送器选用森纳斯DG13W-BZ-A 量程1MPa,显示器采用宏润WP-801多功能显示器,在运行过程中,可从显示器上读出实时的压力值。

  收费站的楼层一般都不高,恒压供水的给定值设为0.25MPa~0.3MPa,可用外接电位器或直接在变频器操作键盘上设定。为防止无关的人员修改设定,推荐使用键盘设定。

  从图2可见,K3用于恒速/变频选择;ZK1、ZK2为中间带零位的三位旋钮开关,用于水泵的选择,并且为保证安全,恒速与变频之间;1#泵与2#泵之间都有互锁。本例恒压供水系统已经安全运行了两年,为用户节省了电能,取得了较好的经济效益。

五﹑变频器在隧道通风中的应用

  在山区修建高速公路,必然要建隧道,当隧道的长度较长或隧道穿过有煤层地质存在的地方时,由于隧道较长,车辆经过时扬起的灰尘和煤层中泄出的瓦斯在隧道中不易消散,前者在隧道中使能见度降低,引发交通事故;后者使瓦斯在隧道空气中积累,当瓦斯在隧道中集聚的浓度比较高时,可能引发恶性爆炸事故,这应该绝对避免发生的。因此,隧道中装有光电传感器和瓦斯传感器,只要隧道中使能见度降低或瓦斯浓度超标时,就起动安装在隧道中的风机进行排风作业,达到要求后自动停止风机运转。实际上,通风系统是一计算机监控系统,由计算机对隧道中的状况进行实时监控和记录,保证行车和隧道的安全。

  高速公路隧道的通风也可用变频器,也可用软起动器,一般来说,用变频器可节省电力变压器和线路的投资。隧道中除风机用电外,照明也需要用电,常规的方法是就近架一路10kv输电线到隧道附近,再由变压器降压到380v/220v使用。变频器驱动的风机可在额定电流下起动,如果用软起动器起动风机,用限流起动方式时,起动电流为额定电流的2.5~5倍,如用电压斜坡式起动,其起动电流为额定电流的5~7倍。这就意味着变压器的容量须加大,考虑起动时线路的压降,输电线的线径也必须增加,能耗也要加大。因此,在隧道通风中用变频器不仅可节省投资,还有一定的节能。

六﹑结束语

  在高速公路上,应用电气传动的机械有限,但高速公路的收费站和服务区众多,就栏杆机和恒压供水系统,变频器的使用量是比较大的,对于较长的隧道的通风系统才需要变频器,用量不是很大,但功率容量比较大。

  高速公路使用了变频器后,可提升自动化控制水平,恒压供水和隧道通风系统有一定的节能效果。

(来源:未知)

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