论泵站技改中压调速装置的应用效果

    平山水源供水工程取水泵站设4台三相异步电机，电机型号为YJS-500-4，额定功率710kW，额定电压10kV，额定功率因数0．89，电机防护等级为IP54（防尘、防溅水），F级绝缘，3用1备，每台机组的额定流量为1 800m3／h，扬程为120m。经68km的输水管线，到葫芦岛市郊的老合台配水站。该水源工程初步设计为，在配水站设有2个1．5万吨的蓄水池。后因配水站中又新建了1个5万吨的净水厂，将蓄水池位置挤占。而泵站运  行后，各厂需水量又很不稳定。这就要求水源泵站来水量也随之变化。满足这种要求主要有3种方法：采用调速电机调节；采用阀门进行调节；采用调节水池。但它们都有其缺点。 

    实际上，在此之前一直使用调节阀门开度的方法改变管网流量，既易损坏阀门，又造成了能源的浪费。因而公司决定采用电机调速技改。 

    而本改造设计是在不改变泵站土建结构、工艺泵型及管线和变电所主接线且充分利用原有设备的前提下进行的，以下3种方案可供选择。 

  1 方案1：低压大容量变频器 

  1．1系统配置 

    即所谓的高一低一高方案，变频调速电机电压等级采用10kV，变频器电压等级采用690V。由高压开关柜出来的10kV电源经降压变压器，降为690V，供给变频器。再由变频器经升压变压器，升为10kV，供给10kV电机。输出电压特性具有低谐波分量，在选用其他厂商生产的电机时，需要一个输出滤波器，而本工程采用的电机是利用西门子技术制造的所以不用另加。 

    泵站的控制系统采用S7-300PLC作为控制部分，可用人机界面操作面板进行操作。 

1．2硬件设计 

    6SE70通用型变频器体积小，功能强，全部采用模块化设计；功率元件是LV-IGBT，输出频率范围是0~150Hz；降压变压器要求特殊制造，升压变压器可采用国内制造的普通型变压器。 

    人机界面操作面板是进行现场工艺参数设置，监视和工艺流程图显示的人机对话的界面。 

    6SE70系列西门子工程型变频器带有直流中间回路，  具有全数字化技术和IGBT功率部分，具有的设计和较高的性价比。调速范围：5 0 0--1 5 0 0r／min（33~100％）。 

2方案2：单元串联多电平高压变频器 

2．1系统配置 

    主要原理是利用移相变压器得到多组低压工频电压，采用多级低压小功率IGBT的PWM变频单元，分别进行整流、滤波、逆变，串联叠加得到高压三相变频输出。每个功率单元由一体化的输入隔离变压器的副边线圈供电，且互相存在一个相位差以实现输入多重化，由此可消除各功率单元产生的谐波。另外，每个功率单元都是一个三相输入，单相输出的变频器，每7个功率单元串联构成一相，通过采用多重化的脉宽调制技术，得到近乎的正弦输出波电压。 

    泵站的控制系统采用S7-300PLC作为控制部分，可用人机界面操作面板进行操作，可由远程计算机监控。 

    主要技术特点为：由于采用隔离变压器，因此对电源侧谐波和电网污染都很小。谐波符合1992年制定的IEEE519标准和GB／T14549，93国家标准《电能质量公用电网谐波》要求。负载下的网侧功率因数大于0．9，变频装置不用无功补偿。由于采用了多重化的脉宽调制技术，对电机输出谐波更小，几乎可认为是正弦波，因而不用考虑因谐波引起的转矩脉动及电机发热、噪音问题。采用多重化的技术，使用功率元件的数量增加。功率单元可选择旁路，可让用户在一个功率单元故障的情况下继续运行变频。变频器整机也可选择旁路，可让用户电机在变频器故障的情况下继续运行，无需马上停机。适配电机额定电压可达10kV，对电机没有特殊要求，可适用于任何电机，而不用配置输出滤波电抗器。调速范围：5 00-1 5 0 0r／min（33％~100％）。 

2．2硬件设计 

    移相变压器是一干式多绕组变压器，为柜装变压器，可与功率单元柜并柜布置，功率单元采用LV-IGBT。 

3 方案3：内反馈串级调速（改变电机的转差率调速） 

3．1系统配置 

    泵站保留原有3台恒速泵，将另一台恒速泵电机改为调速电机（型号YQT-2，功率710kW，额定电压10kV）。此台调速电机转速由内反馈串级调速柜（型号HClA-800／1000）控制，以调整其流量。泵站的控制系统采用S7-300 PLC控制，可用人机界面操作面板进行操作。 

3．2硬件设计 

    YQT-2型内反馈串级调速电机是在定子部分增加一个与绕组同槽数同相位的附加绕组，  作为转差功率反馈绕组，此时电机的定子部分就像一个变压器，在绕组上产生一个与输入功率相反的功率，这样就抵消了部分输入功率而达到节能目的。内反馈串级调速柜由启动整流柜、载波逆变柜、内补偿柜组成。调速范围：817~1480r／min（60％-100％）。 

4   实现电机调速设计方案的比较 

    方案1、2初次投资相差不多，方案3zui少。 

    方案1、2的调速比（33％~100％）比方案3调速比（60％-100％）宽，但需增加80m2建筑面积的平房和 

    2台变压器（Se=1000kVA变比为10／0．71kV 1台；Se=1000kVA变比为10／0．69kV 1 台）。由于资金问题，  只能用原有的电机。 

    方案2调速比能满足要求，但需增加不小于40m2*****建筑面积的平房。由于采用多电平输出谐波非常小，几乎可以认为是正弦波，可以用原有的电机。使用功率元的数量多，可能故障的环节就相对多一些，如果处理不及时，易造成功率元件"雪崩"故障。IGBT具有快速的开关性能，但在高压变频中其导电损耗高，变频装置的发热是个不能轻视的问题。采用风冷时，噪声会较大。 

    方案3调速比（60％~100％）没有方案1、2宽，并且电机要更换，必须是串级调速电机，此电机为绕线式电机，利用滑环将转子电流输出，反馈回电机。正因如此，所以故障率相比方案1、2高一些，但不需要加变压器，土建也不需要增加面积，施工方便。 

5   结束语 

    经过大量的调研工作，经各方面综合比较，zui后采用了方案2，并决定采用高压变频调速技术：单元串联多电平高压变频调速技术，并且选用了北京利德华福技术有限公司生产的单元串联多电平高压变频器，变频器型号规格为HARSVERT-A10／058。 

    经过2年多的运行，节能效果比较显著，整个变频系统也没出现大的问题，总体上运行性能比较稳定。既降低了值班工作人员的劳动强度，又减少了维修费用。 

    但也有其缺点：发热比较厉害，尤其夏季环境温度较高时，为此在变频器室安装了空调设备。 

    总的来说对于旧工程进行变频改造效果令人满意。