vfd加速废水处理

西澳贝灵汉污水处理厂的经营者一直在寻求新的方法来提高产量，以满足不断增长的人口基数，同时又不会大幅增加运营成本。2006年底，他们进行了一次升级，帮助他们取得了重大进展。

贝灵汉目前的污水处理厂建于1974年，1992年进行了二次升级，为该地区的人口提供了每天5500万加仑(MGD)的高峰流量的初级处理，这些污水处理厂包括位于贝灵汉和周围社区的250多英里的收集管道。化粪池废物也从全县收集，用卡车运到工厂进行处理。

多年来，该工厂经历了几次更新，以提供最新的水处理技术创新。最近的一次是在2006年，包括对其高纯度氧气池的改进，其中氧气溶解到处理过的溶液中，作为净化过程的一部分。

在废水进入氧气池之前，首先要进行初步和初级处理，清除主要碎屑、重颗粒、悬浮固体和油脂。在二级处理过程中，微生物(活性污泥)在大型封闭曝气池中去除废水中的污染物。在这里，活性污泥和纯氧与废水混合，为微生物捕获和去除污染物创造了一个完美的环境。

氧气池升级的目标有三个:提高氧气溶解到处理溶液中的速度，对搅拌器提供更好的控制，并减少总体能耗。位于丹佛的咨询工程公司Carollo engineering专门从事水和废水处理厂的设计，设计了新的氧气池。

调整电机大小，改进控制

贝灵汉的高纯度氧气池有两个相同的通道，经过处理的溶液可以通过这些通道吸收氧气。废水流经其中一个管道，在三个搅拌室中的每一个停止，在那里氧气与废水混合。

在升级之前，第一个搅拌室内的混合器叶片由一个50马力的电机驱动，第二个搅拌室内有一个30马力的电机，第三个搅拌室内有一个30马力的电机。两个通道中的所有三个腔室都以恒定的速度运行，只有开或关控制。

氧池升级的主要特点之一是改变了六个腔室中每个腔室的电机尺寸，并增加了变频驱动器(vfd)来控制电机。这个新功能可以更好地控制电机速度，减少搅拌器使用的功率。

系统升级将最初的腔室改为40马力的马达，随后是75马力，然后是30马力。新设计还改变了搅拌器叶片的形状，使它们更靠近盆的顶部。以前，叶片位于30英尺盆地的底部附近。新的水槽设计，加上加速或减慢叶片旋转的能力，使溶液中的细菌更加活跃，促进更快的氧气吸收。

与马达马力的变化相比，更值得注意的是，由于将Telemecanique Altivar 71变频器连接到每个马达上，操作人员的控制能力得到了显著提高。在安装vfd之前，作业人员没有速度控制，这意味着电机通常是全天候全速运行的。

由于贝灵汉工厂已经配备了一个SCADA系统来监控处理过程，在新的设计下，搅拌器的速度可以通过工厂现有的过程控制和通信网络来控制。使用闭环，驱动器可以根据通过SCADA系统报告的氧溶解水平，在任何腔室内使用vfd增加或减少搅拌。

贝灵汉维修主管迈克•索尔斯表示:“新系统就像是在搅拌器上安装了一个巡航控制系统。”“在汽车里，你只需要设定速度，你不需要担心它。同样，我们可以设置搅拌器在一定的溶解氧百分比下运行，操作人员不需要在任何时候停止或启动它。系统将知道它是否应该降低或提高速度。它确实减少了我们花在监控电机和考虑是否应该打开或关闭它们上的时间。”

操作人员还可以选择通过SCADA系统上的远程控制点或驱动器外壳手动控制驱动器，无需返回控制室关闭电机。

除了用高效率的型号替换旧的电机和增加6个变频器外，75万美元的升级还包括在搅拌器上安装新的叶片，新的齿轮箱和增加几个远程控制单元，以便从工厂内的多个点控制电机。

节能效益

通过SCADA网络集中控制电机速度和腔室激活，降低整个工厂的功耗变得容易得多。施耐德电气工业解决方案中心(Schneider Electric’s Industrial solutions Center)定制自动化解决方案经理约翰•罗(John Rowe)为该工厂设计和制造了定制驱动器，他表示，运营商现在拥有的数据有助于提高效率。

罗说:“贝灵汉的操作人员现在可以找到最有效的方式来运行他们的整个系统，因为他们正在监控6个可以进行汇总计算的驱动器。”“例如，也许他们只需要运行三个电机就可以实现相同的应用，而不是六个。或者让六个电机都以较低的速度运行比三个电机以较高的速度运行更有效率。它为他们提供了实验所需的所有工具，以找到最有效的方式运行他们的应用程序。”

播种者一致认为，趋势数据和实验的能力是一个有用的工具。“我们将利用趋势数据来帮助我们提高流程的效率，”索尔斯说。“我们可以通过编程将其中一个电机以40%的速度运行，但我们可以手动重写并将其以35%的速度运行，看看它是如何运行的。这个小小的调整，如果成功的话，可以在一年的时间里产生重大影响。”

避免硬线启动，在此期间，电机启动在100%，也可以是一个主要的节电工厂。根据Rowe的说法，在没有变频器的情况下频繁启动会给工厂带来昂贵的能源账单，也会给公用事业公司带来问题。“电机加速过程中的电流消耗可能是正常工作水平的三倍，”Rowe说。“这一成本可能比持续运行电机要高得多，但只有其最大速度的一部分。此外，在没有变频器的情况下启动电机会给电力公司造成很大的打击，因为他们不希望看到这样的大电流激增。”

事实上，电力消耗的减少是如此之大，以至于当地的公用事业公司普吉特海湾能源公司(PSE)为升级项目提供了30万美元的资助。索尔斯说，预计这75万美元的投资将在10年内通过节省能源成本收回。

“这是PSE喜欢支持的项目，”索尔斯说。“他们知道对电力的需求每年都在增加，他们宁愿让人们减少用电，而不是建造新的发电厂。这正是这次升级所做的。这也符合我们的长期计划，即最终以相同数量的能源增加产量。”

Rowe说，已经安装了变频器的电机应用可以通过升级到最新技术来节省能源。新的驱动器比旧的设计更有效，因为在向电机传递电流时热量损失更少。

“用于变频驱动的半导体设备的技术大约每五年就会发生变化，”Rowe说。“因此，像施耐德电气(Schneider Electric)这样的变频器制造商也会在同一时间发布新的变频器系列。”

简化维护

由于每个Altivar驱动器都内置了监控和趋势功耗的功能，Sowers表示，该升级也被证明有助于识别潜在的维护问题，并在系统故障发生之前解决这些问题。他说:“这个系统的很大一部分是监测电机消耗的功率。”“这种监控还可以告诉我其中一个电机或驱动器是否有问题。”

罗补充说，监控维护和维修问题是他的客户的常见做法。他说:“像贝灵汉这样的电厂会观察在一段较长的时间内，它通常会吸收多少电流。”“如果电流增加，这就告诉他系统中发生了变化。他可能有一个马达慢慢开始失灵，或者是一个驱动器不再以最高效率运行。

“该系统的组件传递电流并产生热量。随着时间的推移，失败将会发生。这是不可避免的。有了这种监控功能，作业者就可以在发生彻底故障之前对系统进行检查和修复。”

减少谐波

索尔斯说，通过新系统节省电力是不够的。驱动器通常会在系统上产生谐波，这可能导致功率因数较差，并可能损坏电力线上的其他敏感电气设备。因此，新的系统设计需要一个解决方案来减轻这些谐波。罗解释说:“谐波是显示在线路功率上的60赫兹以外频率的能量。它们是从驱动器反射回来的。这些反射减少了电力线上的可用能量，所以你实际上吸收了更多的电流来补偿谐波。”

电能质量问题的答案是将每个75马力的驱动器设计为18脉冲单元，这是消除谐波的通用解决方案。有了18脉冲驱动，电力被送到一个大的变压器，而不是直接到驱动器。变压器输入3根电线，输出9根电线，所有的电线都相互相移。这九根导线被送入整流桥，电流被转换成直流电。

作为安装的一部分，施耐德电气在升级之前和之后进行了分析，以确保18脉冲解决方案能够满足IEEE 519电能质量标准。此外，所有的驱动器，包括六脉冲型号，有一个直流扼流圈作为一个额外的谐波消减功能。

罗说:“我们将研究输入电源和所有由输入电源驱动的设备。”“然后我们会计算谐波是多少。通常情况下，使用18脉冲驱动，我们可以使电源比安装之前更清洁，因为即使是传统的电机在离线运行时也会产生谐波。”

满足紧张的日程安排

尽管该项目直到2006年10月才与施耐德电气启动，但由于预计12月下旬和1月初会有暴雨，贝灵汉工厂需要在当年12月中旬之前设计、制造和交付系统。施耐德电气西雅图办事处使用该公司的工业解决方案中心(ISC)来填补定制解决方案。

索尔斯说:“在我看来，施耐德电气用来保持团队中每个人之间沟通顺畅的流程确实得到了回报。”“相比之下，我已经订购了其他驱动器，我将与公司的销售代表交谈，并解释我需要什么。两周后，我接到了一个系统集成商的电话，他应该和那个制造商合作，他问我需要什么。在这种情况下，从来没有任何问题;施耐德的每个人以及和他们一起工作的人都在同一个团队。这让我们在第一时间就能快速、正确地完成工作。”

根据Rowe的说法，ISC团队成员的目的是让客户、工程公司和安装承包商了解最新的技术是什么。他说:“我们寻找可以做些什么来提高效率、节省更多成本、增强控制能力，以及客户所在行业甚至可能没有考虑到的监控和控制流程的新功能。”

就连安装后的产品培训也得到了播种者的好评。他说:“施耐德电气的人为课堂培训讨论带来了微型驱动器，这样每个人都能绕过它，真正地玩控制。”“使用新设备的训练并不总是一项受欢迎的活动，但当我的团队回来时，你可以看出这次训练进行得很顺利，他们对新设备及其功能感到非常兴奋。”

他们不是唯一感到兴奋的人，因为新装置继续使工厂更容易运行，对社区来说更便宜。ce

作者信息

John O 'Reilly是施耐德电气北美分部的产品应用工程师，负责驱动器和软启动器。打电话给他。john.f.oreilly@us.schneider-electric.com．

John Rowe是施耐德电气北美分部的产品应用工程师，负责驱动器和软启动器。打电话给他。john.rowe@us.schneider-electric.com．

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