ABB 传动和电机解决方案为奥尔伯里市政水厂提供了能效升级服务,减少了对居民区的干扰

ABB 传动和电机解决方案为奥尔伯里市政水厂提供了能效升级服务,减少了对居民区的干扰

该市政部门不仅解决了附近住宅的电气照明干扰问题,还升级了老化的基础设施,使其供水系统能够更高效、经济地运行。

澳大利亚新南威尔士州(NSW)奥尔伯里市议会区配有两个供水系统来管理和处理原水,以提供清洁饮用水。原水计划通过三个泵站将原水输送到滤水厂,经滤水厂处理后获得安全可靠的饮用水,输送给奥尔伯里及周边地区的 55,000 名居民使用。除此之外,该议会区还有一个独立的原水计划,用于向该地区的多家大型企业(包括造纸厂、高尔夫俱乐部和马术中心)输送未经处理的水。

清洁水网路系统中有一段设有一个增压泵站,用于将水抽到附近山上的储水箱中。然后,该系统会利用重力将处理过的水输送到附近社区。该泵站每周 7 天、每天 24 小时待命,冬季实际抽水时长为每天 6 小时,夏季为每天 16 小时。

经过数十年的稳步发展,泵站周围聚集了大量居民,还建了一所公立小学,距离泵站仅有 20 米。

设备造成电力干扰

每次泵站的水泵启动时,电力系统都会出现问题。每次水泵启动或停运时,附近建筑内的照明都会变暗,造成了极大的不便和电气干扰。

为此,奥尔伯里市议会区委托 ABB 渠道合作伙伴 Remtron 分析问题根源,并提供长效解决方案。

Remtron 发现,干扰是由系统中的软启电机控制器造成的。现代固态电源转换设备(PCE),如软启动器,可以有效实现电机软启动,但会在电机启动和停止过程中向电网引入谐波失真。  

Remtron 传动和电能质量自动化支持工程师 Anthony Merrett 指出:“当软启动器启动时,相关软启动作会导致电网出现不必要的失真。”

谐波和高启动电流引起的电应力会污染电网,使连接的设备运行不稳定。严重时,甚至会损坏敏感电子设备,干扰通信设备,并在测量设备上产生错误读数。在本例中,正是这些谐波对附近建筑的电气照明系统造成了干扰。夏季,随着人们对清洁水的消耗量增加,同时对电网的需求也达到极限,相关影响甚至更大。

Remtron 不仅要解决电网干扰的问题,还要协助议会区优化系统整体基础设施,以降低运行故障风险、延长设备使用寿命、提高能源效率、减少碳排放,继而降低用电成本。

查明现有泵送系统的低效表现

对现有软启动器和电机泵送系统的分析表明,利用变频器的控制功能可以提高能效。

实施变流控制并让泵在最佳效率点(BEP)运行可以提高泵送效率。通过测量水流量和水压并绘制泵送曲线可以找到最佳效率点。

安装变频器后发现,当电机频率为 45 Hz 时,水泵的泵送量为每秒 176 升。相比之下,当电机频率提高到 50 Hz 时,水的流速更高,水泵的泵送量达到每秒 210 升。Remtron 确定,虽然 50 Hz 时的流量更大,但因为不在最佳效率点(BEP),泵送成本显著提高。

图 B 显示,将电机频率从 50 Hz 降至 45 Hz,可提高每升水的泵送能效

  • 图 A:AlburyCity 议会的抽水系统界面,带有压力和流量指示器。
  • 图 B: 抽水图表显示了 45 HZ和 50 HZ的流速,以及以安培为单位的相对能耗(A)。

运用技术轻松解决问题

最终确定,变频器和电机组合是解决奥尔伯里市议会区问题的解决方案。其中,变频器选用 ABB 的 ACQ580 超低谐波变频器,电机选用 ABB 的 M2BAX IE3 高效电机。

ACQ580 是一款专为降低电网谐波而设计的水处理专用变频器,可以轻松集成到该议会区的现有系统中,并且不会造成更大范围的干扰。这意味着无需扩大电力系统规模,也无需投入更多预算增设基础设施。此外,使用这种清洁技术后,也无需再额外增配滤波器或电能质量设备。

除了超低谐波(ULH)变频器外,还提供 6 脉冲变频器以供备选,备选变频器的总谐波失真(THDi)为 30-45%,而超低谐波变频器的总谐波失真通常低于 3%。与使用外部滤波器的其他谐波缓解技术相比,ACQ580 ULH 变频器设计独特,占地面积小,布线少,安装起来更加简单。

  • (左起) Remtron 的 Anthony Merrett 和 AlburyCity Council 的 Mitchell Palmer 在 ABB 的 M2BAX IE3 高效电机合影。
  • 安装在阿尔伯里市议会泵房的 ABB 变频器和电机解决方案
  • 第二台 ABB ACQ580低谐波变频器安装在现场泵房内,用于优化现有应用,作为 Remtron 为 AlburyCity Council 提供结果的定制方案。控制系统还采用了 ABB 自动化设备,包括 ABB AC500 PLC 和 ABB CP610 HMI 触摸屏可视化显示装置,以实现精确的数字化监控。
  • 在阿尔伯里市议会运营的水泵站现场安装 ABB ACQ580低谐波变频器
过去,我们只知道,通过安装变频器,小幅降低电机频率和速度可以节省能源。现在通过这个项目,我们还知道了如何选择佳电机速度。更重要的是,我们了解了安装变频器的所有其他好处。“

ACQ580 变频器可以提高电网质量,将系统从定速应用升级为变速应用。超低谐波变频器可确保总谐波失真(THDi)低于 3%,即使在电机泵速变化时也是如此。

奥尔伯里市议会区建筑与维护电气主管 Mitch Palmer 称:“过去,我们只知道,通过安装变频器,小幅降低电机频率和速度可以节省能源。现在通过这个项目,我们还知道了如何选择电机速度。更重要的是,我们了解了安装变频器的所有其他好处。”

奥尔伯里市议会区现在采用变速电机控制,效率显著提升(图 B)。事实证明,以 50 Hz 全速运行时,每安培每秒可抽水 1.03 升,而以 45 Hz 运行时,每安培每秒可抽水 1.22 升,后者效率更高。

light flickering for any building in the area.” “重要的是,可以解决该地区的照明问题,当地所有建筑都不再会出现灯光闪烁的现象。”

此外,泵站现场还配置了 ABB 的 M2BAX 低压 IE3 高效电机。这些电机由 ABB 渠道合作伙伴 A1 Electric Motors 供应,是一种铸铁电机,即使在恶劣环境条件下也能保持坚固和可靠,专为抽水等应用而设计。

众所周知,像电机这样的耗电设备一直是造成运营成本居高不下的根本原因。然而,优质、高效的电机因运行能耗低,使用寿命长,可帮助用户大幅节省总体成本,还可帮助减少电机在整个生命周期内对环境的影响。

最终结果超出预期

利用新升级的系统设备,该议会区得以在最佳效率点(BEP)运行水泵。截至目前,他们已节省 20-30% 的能源,电力成本显著降低。在泵启动过程中,电力系统也不再受到干扰。

运行过程中的谐波始终保持在较低水平,超过了澳大利亚 AS61000 标准。现在,泵的效率也可与系统效率相匹配,通过将泵的频率降至 45 Hz,显著提高了整体能效。

回顾与 ABB 渠道合作伙伴 Remtron 和 A1 Electric Motors 的合作,Mitch 表示:“现在,我对电机和变频器都有了较为充分的了解,虽然还有更多东西要学,但他们确实让我大开眼界。我非常享受与 Remtron 和 A1 Electric Motors 的合作。他们不仅分享了很多设备解决方案和电气方面的知识,对机械方面也有比较全面的理解,真是难能可贵。出现问题时,机械与电气元件之间的相互影响非常深远,但充分考虑并协调所有因素能够产生的影响也同样深远。最终的结果着实令人惊叹。”

Mitch 补充道:“使用高能效电机和超低谐波变频器,加上单位功率因数的优势,我们得以降低总耗电量,继而节省了成本。”  

ABB运动控制事业部驱动世界运转,促进节约能源。我们持续创新,不断拓展技术疆界,赋能客户、行业和社会实现低碳未来。通过数字化赋能的变频器、电机和服务,我们的客户和合作伙伴将获得更优的产品性能、安全性和可靠性。我们将领域专长和技术优势融为一体,为工业领域的广泛应用场景提供可靠的变频器和电机解决方案。通过遍布全球的服务渠道,我们始终为客户带来便捷的服务。基于在电力传动链领域140多年的丰富经验,我们每天都在创新前行。go.abb/motion

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