摘 要： 本文著重介紹國產(chǎn)多電平型高壓變頻器在海南儋州那大十萬噸水廠的應(yīng)用情況，對其節(jié)電情況進(jìn)行對比。結(jié)果表明，采用國產(chǎn)高壓變頻器對水廠的供水泵等設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造，具有較高的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞： 多電平、高壓變頻器 、 利德華福的HARSVERT-A系列變頻器等。
項(xiàng)目背景
儋州市位于海南島西北部，瀕臨北部灣，是海南省人口最多，面積最大的市。儋州屬熱帶季風(fēng)氣候，年平均降雨量為1915毫米，年平均氣溫23℃，年最高氣溫38℃，最低氣溫6℃，相對濕度達(dá)98％以上。
那大十萬噸水廠負(fù)責(zé)整個(gè)城區(qū)的供水，供水泵房配置水泵3臺(tái)，適配電機(jī)10KV630KW2臺(tái)，10KV400KW1臺(tái)。設(shè)計(jì)的供水能力為10萬噸 /天，但目前本地區(qū)的用水量僅為2.8萬噸/天。供水能力同用水能力的矛盾突出。原運(yùn)行方式為電機(jī)工頻運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)水泵的出口閥門來調(diào)節(jié)水量，大量電能在閥門上白白浪費(fèi)。為解決該突出問題，降低損耗，水廠決定對水泵進(jìn)行調(diào)速改造。
調(diào)速設(shè)備的選型的過程
目前，大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有以下幾種：串級調(diào)速、液力偶合器調(diào)速、及變頻調(diào)速等。
串極調(diào)速：它不適合于鼠籠型異步電機(jī)，必須更換電機(jī)，不適用于我們的改造工程；電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，軟停止，啟動(dòng)過程非常復(fù)雜；電機(jī)啟動(dòng)電流大；調(diào)速范圍有限；響應(yīng)慢，不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；功率因數(shù)和效率低，并隨轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降；很難實(shí)現(xiàn)同PLC、DCS等控制系統(tǒng)的配合，對提高裝置的整體自動(dòng)化程度和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無益；同時(shí)對電網(wǎng)的較大諧波污染，進(jìn)一步限制了它的使用，屬落后技術(shù)。
液力耦合器調(diào)速：屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達(dá)額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時(shí)效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢，啟動(dòng)電流大，裝置大，必須加裝在設(shè)備與電機(jī)之間，不適合改造；無法軟啟動(dòng)，偶合器故障時(shí)，無法切換運(yùn)行，維護(hù)復(fù)雜、費(fèi)用大，不能滿足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。
通過多方調(diào)研，我們認(rèn)為串極調(diào)速、液力偶合器調(diào)速存在以上諸多問題，不能滿足技術(shù)工藝要求，我們放棄了使用液力耦合器和串極調(diào)速的方案。
高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式。隨著國內(nèi)廠家的不斷技術(shù)進(jìn)步，目前國產(chǎn)高壓變頻器的性價(jià)比已經(jīng)相當(dāng)高，完全在我們能夠承受的范圍內(nèi)。變頻調(diào)速以其顯著的節(jié)能效益，較高的調(diào)速精度，較寬的調(diào)速范圍，完善的電力電子保護(hù)功能，以及易于實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)通信功能，最終我們確定使用高壓變頻調(diào)速的技術(shù)方案。
選擇利德華福變頻器原因
由于我廠為10KV電網(wǎng)，如果選擇6KV變頻器必須再配套10KV變6KV的變壓器，6KV母線的開關(guān)柜等設(shè)備，現(xiàn)場已沒有場地，還會(huì)占有大量的資金。另外所選變頻器必須適配原有普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，對電網(wǎng)沒有諧波污染，均有良好的人機(jī)界面，各項(xiàng)服務(wù)及時(shí)周到。最終利德華福的10kV高壓變頻器進(jìn)入了我們的視線。
利德華福高壓變頻器的特點(diǎn)
采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，為高－高結(jié)構(gòu)，10kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器；
系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，包括輸入干式隔離變壓器，變頻器等所有部件及內(nèi)部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號(hào)線即可；
48脈沖輸入符合并優(yōu)于IEEE519及GB/T14519標(biāo)準(zhǔn)對電壓失真和電流失真最嚴(yán)格的要求；
在20～100%的負(fù)載變化情況內(nèi)達(dá)到或超過0.95的功率因數(shù)，并且電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置；
無需濾波器，變頻器就可輸出正弦電流和電壓波形，對電機(jī)沒有特殊的要求，可以使用普通異步電機(jī)，電機(jī)不必降額使用。
控制系統(tǒng)采用全數(shù)字微機(jī)控制，有很強(qiáng)的自診斷功能，能對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠(yuǎn)方報(bào)警，便于運(yùn)行人員和檢修人員能辨別和解決所出現(xiàn)的問題；
內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要；
采用全中文WINDOWS顯示和操作界面，彩色液晶觸摸屏，適用于國內(nèi)用戶；
現(xiàn)場安裝調(diào)試運(yùn)行的情況
2002年1月，我公司向北京利德華福定購了一臺(tái)10kV/400kW高壓變頻器，2002年4月份交貨，經(jīng)過1周的安裝調(diào)試，2002年5月變頻器通過現(xiàn)場試驗(yàn)。后因?yàn)樗畯S外管網(wǎng)進(jìn)行改造，現(xiàn)場不具備運(yùn)行條件，變頻器一直處于停機(jī)狀態(tài)。直到2003年10月變頻器才正式投運(yùn)運(yùn)行，至今已穩(wěn)定運(yùn)行半年多，節(jié)能效果明顯，操作簡便。
變頻器剛剛運(yùn)抵現(xiàn)場時(shí)，儋州突降暴雨，變頻器在雨中淋了一夜，但是由于變頻器良好的外包裝，開箱檢查時(shí)，內(nèi)部沒有任何水跡，避免了直接的經(jīng)濟(jì)損失。
變頻器放置一年后能夠無故障運(yùn)行，內(nèi)部沒有任何銹蝕痕跡，我們認(rèn)為利德華福變頻器主要采取了以下措施來適應(yīng)海南獨(dú)特的氣候條件：柜體噴塑，控制電路板噴漆，所有螺釘、螺母、銅排等連接件均進(jìn)行鍍鎳處理，干式變壓器真空浸漆等。
運(yùn)行效果
采用變頻器對水泵進(jìn)行控制后：減輕了水泵啟停及水量調(diào)節(jié)時(shí)對管網(wǎng)造成的沖擊；保持水泵出口閥門最大，通過改變變頻器的輸出頻率（電機(jī)速度）調(diào)節(jié)供水量，節(jié)約了原來通過改變閥門開度調(diào)劑供水量時(shí)浪費(fèi)在閥門上的能源；通過變頻器實(shí)現(xiàn)水壓閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)水壓的恒定。電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，軟停車，對電網(wǎng)沒有沖擊。
節(jié)能數(shù)據(jù)：
工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)電流為24A。
使用變頻器后，
運(yùn)行頻率為47.6Hz時(shí)輸入電流為16.2A，流量為2200t/h；
運(yùn)行頻率為38.34Hz時(shí)輸入電流為5.9A，流量為580t/h；
日用水高峰為7-9時(shí)，10-12時(shí)，18 -22時(shí)，高峰時(shí)變頻器的輸入電流為12-16A，其余時(shí)間為5.9-10A。
年運(yùn)行時(shí)間按照300天計(jì)算，電價(jià)為0.65元/度，變頻運(yùn)行同工頻運(yùn)行的理論計(jì)算節(jié)能比較為：
工頻運(yùn)行時(shí)的電費(fèi)為1.732×10×24×0.8×24×300×0.65＝1556305.92元
變頻運(yùn)行取中間平均值計(jì)算：高峰時(shí)刻電流取14A，低谷時(shí)電流取8A。
1.732×10×14×0.8×24×100×0.65＋1.732×10×8×0.8×24×200×0.65＝302615.04＋ 345845.76＝648460.8元
則一年節(jié)約的電費(fèi)為1556305.92元－648460.8＝907845.12元。
小結(jié)
2002年初，我們同利德華福簽訂合同時(shí)，利德華福僅有不到20臺(tái)的應(yīng)用業(yè)績，目前利德華福已簽訂了超過170多套的合同，從數(shù)字中的變化讓我們感到當(dāng)時(shí)的確選擇了一家十分優(yōu)秀的公司，也選擇了一個(gè)很好的產(chǎn)品。變頻器自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便，大大減輕了現(xiàn)場操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為我廠的節(jié)能降耗工作提供了優(yōu)質(zhì)的保證。雖然高壓變頻器的初期投資比較大，但是由于其節(jié)能效果明細(xì)，投資回報(bào)率高，運(yùn)行可靠，自動(dòng)化程度高，已經(jīng)逐步取代了其它的調(diào)速方式。相信隨著國內(nèi)像利德華福一樣的高壓變頻器廠家逐步成長，我們必將迎來一個(gè)高壓變頻的時(shí)代。
參考文獻(xiàn)：
海南儋州那大十萬噸水廠供水泵高壓變頻改造資料。
HARSVERT-A型高壓變頻器技術(shù)原理。