一、 概況
福州城門水廠為福州自來水公司下屬水廠之一，設計日供水能力10萬噸，送水泵房原配備450 kW/10 kV水泵2臺、315 kW/10 kV水泵2臺，全部定速運行。由于日夜供水流量差異較大，需要調(diào)節(jié)閥門或倒開大小水泵。由于水泵頻繁啟停帶來的沖擊，引起電機、水泵和閥門故障率增加，維修費用加大，另外也導致水壓的經(jīng)常波動，時常出現(xiàn)爆管等現(xiàn)象。另外由于水泵級差配置不是十分合理，原來為了減少開停泵次數(shù)，也經(jīng)常采用控制閥門來調(diào)節(jié)流量和水壓，造成不少能源浪費。為了穩(wěn)定供水水壓、提高供水自動化水平，節(jié)約能源，福州自來水公司決定采用變頻器對水泵作調(diào)速改造。
福州自來水公司經(jīng)過多方調(diào)研，SIEMENS、AB、ABB、ROBINCON等所有國外廠家都沒有直接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，無法直接適用于10 kV電網(wǎng)，并且產(chǎn)品允許的電壓波動范圍也無法滿足福州當?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)高，適用于普通電機，并且由于是國內(nèi)產(chǎn)品，可以按照電網(wǎng)工況特殊設計，適合于中國國情，備件容易，維護簡單，于是最終決定采用國產(chǎn)HARSVERT-A10/035變頻器對4#水泵機組作調(diào)速改造。
二、 變頻器的應用方案
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#機組的電機為蘭州電機生產(chǎn)的450 kW/10 kV普通三相異步電動機。
圖中KM為原來4#水泵機組的10 kV高壓開關(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# 機組的450 kW/10 kV普通三相異步電動機。4#機組用變頻器調(diào)速改造時，只需斷開原高壓開關(guān)和電機之間連線，將變頻器串入即可。為了改造后對變頻器和電機實施有效保護，對KM的合分閘控制回路需要按如下要求進行改造：
KM在得到變頻器的合閘允許節(jié)點（閉合有效）后，方可合閘；
KM在得到變頻器的緊急分斷節(jié)點（閉合有效）后，必須立即分斷；
三、 變頻器的性能參數(shù)
HARSVERT-A10/035變頻器的主要性能指標如下：
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%負載時）
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，無級調(diào)速
過載能力 120%一分鐘，150%立即保護
由于福州市電壓波動頻繁，并且波動幅度較大，在變頻器的設計過程中，按照用戶的特殊要求，將變頻器允許的電壓波動范圍由標準的±10%提高到±15%。另外由于南方地區(qū)天氣炎熱，濕度大，變頻器設計的最大環(huán)境溫度為+45℃，以充分滿足變頻器在福州地區(qū)長期穩(wěn)定運行的需要。
變頻器有“本地”及“遠程”兩種控制方式，可以在機旁開、停電機及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；也可以在遠程的控制室通過計算機終端對水泵進行開、停電機及調(diào)轉(zhuǎn)速等操作。
變頻器對閥門實現(xiàn)聯(lián)動控制，為此需要現(xiàn)場向變頻器提供閥門狀態(tài)節(jié)點（全開、全關(guān)），變頻器對閥門輸出開閥和關(guān)閥控制信號。
變頻器具有水壓自動閉環(huán)調(diào)節(jié)功能。為此需要現(xiàn)場向變頻器提供一路反映管網(wǎng)水壓大小的模擬信號。
四、 項目實施情況
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有限公司簽定變頻器購貨合同；
2000年11月14日：變頻器運抵福州，同日完成了變頻器的卸車、開箱、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，開始全負荷運行。
2001年1月21日：用戶技術(shù)培訓、現(xiàn)場操作培訓。
2001年1月22日：完成變頻器交接、驗收工作。
五、 變頻器運行情況
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，集成為一個有機的整體，不需要另辟變壓器安裝場地，現(xiàn)場安裝工作量小，總占地面積相對于其他種類的變頻器仍然較小。
變頻器投入運行后，由于電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，在各種負載情況下，和工頻運行相比，電網(wǎng)側(cè)的電流都大大下降。電機的無功電流都由變頻器直接補償，根本不需要無功補償裝置。
電機和水泵采用變頻器進行調(diào)速運行后，在有效的調(diào)速區(qū)段內(nèi)，運行都十分平穩(wěn)。與原來工頻運行相比，由于變頻器對電機實現(xiàn)真正的柔性啟動，啟動電流大大減小，對機組沒有任何沖擊，相應的延長了這些設備的使用壽命，大大減少了維護工作量和維護成本。
變頻器有效的水壓閉環(huán)控制功能，使水壓調(diào)節(jié)平滑可靠，轉(zhuǎn)速無波動。以前夜間在水量變化較大時，水壓的大幅度波動經(jīng)常造成爆管等現(xiàn)象，使得值班人員時刻得提高警惕，不敢稍有疏忽，除了不得不時常調(diào)節(jié)閥門外，還得經(jīng)常倒開大小水泵。采用變頻器進行水壓閉環(huán)控制后，爆管現(xiàn)象得到根本杜絕，因為爆管造成的供水中斷及損失再沒有出現(xiàn)。
由于變頻器配置了閥門聯(lián)動控制功能，在啟停水泵的過程中，變頻器能自動進行開閥關(guān)閥操作，同時許多操作都可以在值班室電腦終端上點擊鼠標來實現(xiàn)，使得水泵的啟停變得相當簡單，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)過變壓器線圈過熱、少數(shù)螺栓斷裂等現(xiàn)象，但這些問題在調(diào)試過程中都得到徹底解決。變頻器調(diào)試完成交付使用至今，運行一直十分穩(wěn)定，從未出現(xiàn)大的故障。盡管有時因為水壓反饋信號干擾太大引起水壓小幅度波動，但用戶經(jīng)過對現(xiàn)場水壓信號加強濾波，這些小問題也都基本根除。
從變頻器的運行情況看， HARSVERT-A10/035型高壓大功率變頻器性能良好，運行穩(wěn)定，簡單實用，節(jié)能及附加綜合效益都十分可觀。由于啟用了變頻器，水廠簡化了操作流程，減少了值班人員的工作量，無需值班人員人工倒泵、開閥，而且變頻器大大減少了了對電機、水泵的啟動沖擊，方便了機組的保養(yǎng)、維護，延長了電機、水泵的使用壽命，給我們帶來了一定的間接經(jīng)濟效益。