一、 概況
福州城門水廠為福州自來(lái)水公司下屬水廠之一，設(shè)計(jì)日供水能力10萬(wàn)噸，送水泵房原配備450 kW/10 kV水泵2臺(tái)、315 kW/10 kV水泵2臺(tái)，全部定速運(yùn)行。由于日夜供水流量差異較大，需要調(diào)節(jié)閥門或倒開(kāi)大小水泵。由于水泵頻繁啟停帶來(lái)的沖擊，引起電機(jī)、水泵和閥門故障率增加，維修費(fèi)用加大，另外也導(dǎo)致水壓的經(jīng)常波動(dòng)，時(shí)常出現(xiàn)爆管等現(xiàn)象。另外由于水泵級(jí)差配置不是十分合理，原來(lái)為了減少開(kāi)停泵次數(shù)，也經(jīng)常采用控制閥門來(lái)調(diào)節(jié)流量和水壓，造成不少能源浪費(fèi)。為了穩(wěn)定供水水壓、提高供水自動(dòng)化水平，節(jié)約能源，福州自來(lái)水公司決定采用變頻器對(duì)水泵作調(diào)速改造。
福州自來(lái)水公司經(jīng)過(guò)多方調(diào)研，SIEMENS、AB、ABB、ROBINCON等所有國(guó)外廠家都沒(méi)有直接10 kV的高壓變頻器，要么采用高-低方案，要么采用高-低-高變換方案，諧波大，效率低，技術(shù)上比較落后。三電平產(chǎn)品輸出電壓最高只能到4.16 kV，ROBINCON變頻器的輸出電壓也只有6 kV，無(wú)法直接適用于10 kV電網(wǎng)，并且產(chǎn)品允許的電壓波動(dòng)范圍也無(wú)法滿足福州當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)工況要求。北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 HARSVERT-A10/035高壓大功率變頻器為10 kV的直接高-高型變頻器，諧波少，功率因數(shù)" title="功率因數(shù)">功率因數(shù)高，適用于普通電機(jī)，并且由于是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，可以按照電網(wǎng)工況特殊設(shè)計(jì)，適合于中國(guó)國(guó)情，備件容易，維護(hù)簡(jiǎn)單，于是最終決定采用國(guó)產(chǎn)HARSVERT-A10/035變頻器對(duì)4#水泵機(jī)組作調(diào)速改造。
二、 變頻器的應(yīng)用方案
HARSVERT-A10/035為10 kV變頻器，直接接受10 kV高壓輸入，直接提供0-10 kV的高壓輸出。4#機(jī)組的電機(jī)為蘭州電機(jī)生產(chǎn)的450 kW/10 kV普通三相異步電動(dòng)機(jī)" title="三相異步電動(dòng)機(jī)">三相異步電動(dòng)機(jī)。
圖中KM為原來(lái)4#水泵機(jī)組的10 kV高壓開(kāi)關(guān)" title="高壓開(kāi)關(guān)">高壓開(kāi)關(guān)，BPQ為北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/035變頻器，DJ為4# 機(jī)組的450 kW/10 kV普通三相異步電動(dòng)機(jī)。4#機(jī)組用變頻器調(diào)速改造時(shí)，只需斷開(kāi)原高壓開(kāi)關(guān)和電機(jī)之間連線，將變頻器串入即可。為了改造后對(duì)變頻器和電機(jī)實(shí)施有效保護(hù)，對(duì)KM的合分閘控制回路需要按如下要求進(jìn)行改造：
KM在得到變頻器的合閘允許節(jié)點(diǎn)（閉合有效）后，方可合閘；
KM在得到變頻器的緊急分?jǐn)喙?jié)點(diǎn)（閉合有效）后，必須立即分?jǐn)啵?/span>
三、 變頻器的性能參數(shù)
HARSVERT-A10/035變頻器的主要性能指標(biāo)如下：
變頻器容量 600 kVA
額定輸出電流 35A
輸入頻率 45Hz到55Hz
額定輸入電壓 10000V
輸入功率因數(shù) ≥0.96（大于20%負(fù)載時(shí)）
輸出頻率范圍 0.01Hz到50Hz（即：調(diào)速范圍0-100%）
變頻器效率 ≥96％
輸出頻率分辨率 0.01Hz，無(wú)級(jí)調(diào)速
過(guò)載能力 120%一分鐘，150%立即保護(hù)
由于福州市電壓波動(dòng)頻繁，并且波動(dòng)幅度較大，在變頻器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照用戶的特殊要求，將變頻器允許的電壓波動(dòng)范圍由標(biāo)準(zhǔn)的±10%提高到±15%。另外由于南方地區(qū)天氣炎熱，濕度大，變頻器設(shè)計(jì)的最大環(huán)境溫度為+45℃，以充分滿足變頻器在福州地區(qū)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需要。
變頻器有“本地”及“遠(yuǎn)程”兩種控制方式，可以在機(jī)旁開(kāi)、停電機(jī)及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；也可以在遠(yuǎn)程的控制室通過(guò)計(jì)算機(jī)終端對(duì)水泵進(jìn)行開(kāi)、停電機(jī)及調(diào)轉(zhuǎn)速等操作。
變頻器對(duì)閥門實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，為此需要現(xiàn)場(chǎng)向變頻器提供閥門狀態(tài)節(jié)點(diǎn)（全開(kāi)、全關(guān)），變頻器對(duì)閥門輸出開(kāi)閥和關(guān)閥控制信號(hào)。
變頻器具有水壓自動(dòng)閉環(huán)調(diào)節(jié)功能。為此需要現(xiàn)場(chǎng)向變頻器提供一路反映管網(wǎng)水壓大小的模擬信號(hào)。
四、 項(xiàng)目實(shí)施情況
2000年7月11日，北京利德華福電氣技術(shù)有限公司和福州榕水物資供應(yīng)有限公司簽定變頻器購(gòu)貨合同；
2000年11月14日：變頻器運(yùn)抵福州，同日完成了變頻器的卸車、開(kāi)箱、吊裝和柜體安裝工作。
2001年1月19日：變頻器全部調(diào)試完畢，開(kāi)始全負(fù)荷運(yùn)行。
2001年1月21日：用戶技術(shù)培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)操作培訓(xùn)。
2001年1月22日：完成變頻器交接、驗(yàn)收工作。
五、 變頻器運(yùn)行情況
HARSVERT-A10/035變頻器雖然單體尺寸比較大，但由于所有部件包括變壓器都安裝在柜體之中，集成為一個(gè)有機(jī)的整體，不需要另辟變壓器安裝場(chǎng)地，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量小，總占地面積相對(duì)于其他種類的變頻器仍然較小。
變頻器投入運(yùn)行后，由于電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，在各種負(fù)載情況下，和工頻運(yùn)行相比，電網(wǎng)側(cè)的電流都大大下降。電機(jī)的無(wú)功電流都由變頻器直接補(bǔ)償，根本不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置。
電機(jī)和水泵采用變頻器進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行后，在有效的調(diào)速區(qū)段內(nèi)，運(yùn)行都十分平穩(wěn)。與原來(lái)工頻運(yùn)行相比，由于變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)真正的柔性啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大大減小，對(duì)機(jī)組沒(méi)有任何沖擊，相應(yīng)的延長(zhǎng)了這些設(shè)備的使用壽命，大大減少了維護(hù)工作量和維護(hù)成本。
變頻器有效的水壓閉環(huán)控制" title="閉環(huán)控制">閉環(huán)控制功能，使水壓調(diào)節(jié)平滑可靠，轉(zhuǎn)速無(wú)波動(dòng)。以前夜間在水量變化較大時(shí)，水壓的大幅度波動(dòng)經(jīng)常造成爆管等現(xiàn)象，使得值班人員時(shí)刻得提高警惕，不敢稍有疏忽，除了不得不時(shí)常調(diào)節(jié)閥門外，還得經(jīng)常倒開(kāi)大小水泵。采用變頻器進(jìn)行水壓閉環(huán)控制后，爆管現(xiàn)象得到根本杜絕，因?yàn)楸茉斐傻墓┧袛嗉皳p失再?zèng)]有出現(xiàn)。
由于變頻器配置了閥門聯(lián)動(dòng)控制功能，在啟停水泵的過(guò)程中，變頻器能自動(dòng)進(jìn)行開(kāi)閥關(guān)閥操作，同時(shí)許多操作都可以在值班室電腦終端上點(diǎn)擊鼠標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得水泵的啟停變得相當(dāng)簡(jiǎn)單，操作人員工作量大大減少。
在變頻器安裝調(diào)試期間，曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)變壓器線圈過(guò)熱、少數(shù)螺栓斷裂等現(xiàn)象，但這些問(wèn)題在調(diào)試過(guò)程中都得到徹底解決。變頻器調(diào)試完成交付使用至今，運(yùn)行一直十分穩(wěn)定，從未出現(xiàn)大的故障。盡管有時(shí)因?yàn)樗畨悍答佇盘?hào)干擾太大引起水壓小幅度波動(dòng)，但用戶經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水壓信號(hào)加強(qiáng)濾波，這些小問(wèn)題也都基本根除。
從變頻器的運(yùn)行情況看， HARSVERT-A10/035型高壓大功率變頻器性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定，簡(jiǎn)單實(shí)用，節(jié)能及附加綜合效益都十分可觀。由于啟用了變頻器，水廠簡(jiǎn)化了操作流程，減少了值班人員的工作量，無(wú)需值班人員人工倒泵、開(kāi)閥，而且變頻器大大減少了了對(duì)電機(jī)、水泵的啟動(dòng)沖擊，方便了機(jī)組的保養(yǎng)、維護(hù)，延長(zhǎng)了電機(jī)、水泵的使用壽命，給我們帶來(lái)了一定的間接經(jīng)濟(jì)效益。