摘要：本文介紹了國華三河電廠水源地升壓泵高壓變頻的改造情況，詳細(xì)分析了高壓變頻器一拖二的技術(shù)方案和節(jié)能效果，為高壓變頻在母管制供水、一臺高壓變壓器同時(shí)拖動(dòng)并列的兩臺電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 一拖二 節(jié)能 1、變頻改造工程基本情況 國華三河發(fā)電廠位于河北省三河市燕郊濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)東側(cè)，電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)發(fā)電量為1300MW～1400MW；一期設(shè)計(jì)安裝2臺350MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，分別于1999年12月、2000年4月投產(chǎn)。二期設(shè)計(jì)安裝2臺300MW亞臨界燃煤供熱機(jī)組，計(jì)劃將于2007年10月、12月投產(chǎn)，為2008年奧運(yùn)會(huì)提供電力及供暖保障。國華三河電廠水源地供水系統(tǒng)由九臺深井泵（六大泵三小泵）、兩個(gè)水池和四臺升壓泵（型號相同）組成；深井泵將地下水抽至兩個(gè)水池中，升壓泵將水池中的澄清水送至電廠；供水系統(tǒng)控制深井泵和升壓泵開啟的數(shù)量，保證水池不溢出和被抽干。四臺升壓泵出口通過母管并聯(lián)，大多數(shù)時(shí)候兩臺升壓泵長期定速運(yùn)行，當(dāng)用水負(fù)荷變化時(shí)，運(yùn)值人員控制升壓泵的運(yùn)行數(shù)量并手動(dòng)調(diào)整升壓泵的出口閥門維持母管壓力穩(wěn)定。由于用水變化頻繁，導(dǎo)致多臺升壓泵長時(shí)間運(yùn)行，而出口閥門開度較小，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；由于人工調(diào)整不及造成供水管道超壓運(yùn)行，影響供水安全。 鑒于水源地供水系統(tǒng)的上述問題，國華三河電廠曾采用國內(nèi)某品牌高壓變頻對升壓泵進(jìn)行改造；但由于該高壓變頻設(shè)備的技術(shù)和質(zhì)量問題，無法投入正常使用，設(shè)備長期閑置；國華三河電廠通過對眾多國內(nèi)外品牌高壓變頻器產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)備改造招標(biāo)。廣州智光電機(jī)有限公司的ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)以其的獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠性高、設(shè)備占地面積小、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等技術(shù)特點(diǎn)；以及針對升壓泵一拖二提出的專業(yè)、完整的技術(shù)解決方案，最終得到用戶的認(rèn)可，選擇廣州智光電機(jī)有限公司的ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，替換前期的高壓變頻器，完成了此次水源地升壓泵的變頻調(diào)速改造工程。 2、變頻改造水泵并聯(lián)母管式供水方案分析 對于母管式供水，在未使用變頻調(diào)速技術(shù)前，一般通過調(diào)節(jié)水泵出口閥門或通過大小泵組合運(yùn)行，控制在母管壓力在一定的范圍內(nèi)，母管壓力波動(dòng)較大，在調(diào)節(jié)不及時(shí)時(shí)，還會(huì)影響母管運(yùn)行安全。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用使自動(dòng)供水、恒壓供水已得到大量采用，對于供水系統(tǒng)可通過壓力反饋設(shè)計(jì)恒壓供水，不僅提高供水管網(wǎng)的運(yùn)行安全，同時(shí)取消了閥門的節(jié)流調(diào)節(jié)，維持最小供水壓力要求，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 但對于母管式供水，進(jìn)行變頻改造時(shí)，可采用工頻與變頻結(jié)合的控制方式、全部變頻控制方式；兩種控制方式的區(qū)別就在與控制壓力的調(diào)節(jié)范圍及水泵的效率控制，以下圖并聯(lián)的同一型號兩臺水泵分別采用工頻與變頻調(diào)速特性曲線為例： 如果工藝要求可進(jìn)一步降低時(shí)，工頻泵就要適當(dāng)調(diào)節(jié)出水閥門，將其管網(wǎng)阻力曲線抬高，提高工頻泵的出口壓力（非母管壓力），通過控制工頻泵的流量與壓力從而控制工頻水泵電機(jī)不出現(xiàn)過負(fù)荷；再通過降低變頻泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)母管壓力，維持在設(shè)定壓力。這種方式下由于工頻泵仍需要采用出口閥門的節(jié)流控制，節(jié)能效果達(dá)不到恒壓力控制節(jié)能的最優(yōu)目標(biāo)。 若采用全部變頻控制，如圖2所示，兩臺水泵特性一致或接近，其運(yùn)行工況點(diǎn)一致或接近，不會(huì)超負(fù)荷運(yùn)行，水泵效率可保持在較高效率點(diǎn)，同時(shí)可穩(wěn)定控制母管的壓力，達(dá)到恒壓力供水最佳的了能目的。 國華三河電廠水源地4臺升壓泵電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)如下： 電機(jī)型號：JS136-4 電壓等級：6kV 額定功率：220kW 額定電流：25.5A 額定轉(zhuǎn)速：1480rpm 絕緣等級：B級 實(shí)際工作中基本采用兩臺升壓泵并聯(lián)運(yùn)行，較少時(shí)間出現(xiàn)三臺并聯(lián)運(yùn)行模式，綜合投資、節(jié)能收益比較，決定改造兩臺水泵變頻模式運(yùn)行；但考慮單臺水泵功率較小，每臺水泵配置一臺變頻時(shí)，變頻器的單位容量成本高，改造費(fèi)用增加，最終選擇了廣州智光電機(jī)有限公司提出的具有多種靈活多變控制方式的一次與二次方案。采用ZINVERT－A6H630/06Y型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，變頻系統(tǒng)與負(fù)載的一次電氣主接線原理圖如下： [align=center] 圖3 高壓變頻系統(tǒng)一拖二主接線原理圖[/align] 根據(jù)一次原理圖，調(diào)整K1，K2，K3，K4的組合實(shí)現(xiàn)五種運(yùn)行方式： a．方式一：2#、3＃變頻運(yùn)行，隔離刀閘組合為 K1、K2、K4合， K3分； b．方式二：2#變頻、3#停運(yùn)，隔離刀閘組合為K1、K4合， K2、K3分； c．方式三：3#變頻、2#停運(yùn)，隔離刀閘組合為K1、K2合， K3、K4分； d．方式四：3#變頻、2#工頻，隔離刀閘組合為K1、K2、K3合， K4分； e．方式五：2#工頻、3#停運(yùn)，隔離刀閘組合為K4合， K1、K2、K3分； 注意K4合狀態(tài)下，嚴(yán)禁閉合K3（系統(tǒng)采用電磁鎖實(shí)現(xiàn)閉鎖邏輯）。 由于采用了以上的獨(dú)特設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)工況，靈活的選擇變頻裝置和水泵的運(yùn)行方式。提高變頻裝置的利用率，更是大大增強(qiáng)了變頻裝置的節(jié)能效果。 在電廠技術(shù)人員與廠家技術(shù)人員的積極配合下，項(xiàng)目改造順利實(shí)施，在規(guī)劃時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)備的安裝、調(diào)試、投運(yùn)工作；通過投運(yùn)前后比較，達(dá)到逾期的改造節(jié)能效果。 3、變頻改造節(jié)能分析 此次改造升壓泵的運(yùn)行工況主要由深水進(jìn)泵運(yùn)行工況決定，在變頻投運(yùn)后，在各運(yùn)行模式下試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下： 同時(shí)變頻改造后，采用數(shù)字量控制，調(diào)節(jié)快捷且精度大為提高，供水水壓穩(wěn)定；功率因數(shù)提高，減少無功吸收；電機(jī)與泵的轉(zhuǎn)速大大，噪音減小顯著；出口閥門全開，水泵管網(wǎng)壓力降低，閥門維護(hù)量也大大減少；并實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟軟停，可避免因大電流啟動(dòng)沖擊，延長電機(jī)的使用壽命。 4、應(yīng)用中的需要注意的幾個(gè)問題 繼電保護(hù)設(shè)置及配合問題：由于原來電動(dòng)機(jī)進(jìn)線開關(guān)由拖動(dòng)一臺電動(dòng)機(jī)改為帶一套變頻拖動(dòng)兩臺泵，因此在變頻運(yùn)行時(shí)進(jìn)線開關(guān)的過流和過負(fù)荷保護(hù)退出（僅保留速斷保護(hù)），變頻運(yùn)行時(shí)保護(hù)就全由變頻裝置來完成（其保護(hù)的靈敏值均高于開關(guān)柜上的保護(hù)）。另外，由于一臺變頻為兩臺電機(jī)提供變頻電源，為防止某臺電機(jī)故障造成變頻器的損壞，同時(shí)避免單臺運(yùn)行時(shí)電機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行，分別為#2、#3電機(jī)增加單獨(dú)硬件的過流、過負(fù)荷保護(hù)，完成電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能（其保護(hù)的靈敏值均高于原來繼電保護(hù)裝置）。 旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動(dòng)問題：當(dāng)兩臺電機(jī)同時(shí)變頻運(yùn)行，出現(xiàn)短暫故障，故障恢復(fù)后自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)仍可在各種轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)無沖擊飛車啟動(dòng)。這充分表明了，ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)獨(dú)特的“轉(zhuǎn)速追蹤技術(shù)（STT技術(shù)）”的成熟與完善，適用于多臺電動(dòng)機(jī)的并聯(lián)拖動(dòng)，在這種應(yīng)用情況下可大大提高變頻系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 散熱方式問題：由于ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有環(huán)境溫度適應(yīng)范圍寬的特點(diǎn)，用戶現(xiàn)場只采用了房間頂部原有的軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，并未加裝風(fēng)道和空調(diào)。實(shí)際運(yùn)行中，在夏季外部氣溫持續(xù)35°C以上的高溫時(shí)，ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)保持持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，這種冷卻方式完全滿足運(yùn)行的要求，減少了用戶的投資。 下限頻率問題：一般電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，雖然運(yùn)行電流較小，但由于其自冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之降低，所以冷卻效果往往會(huì)變差，容易導(dǎo)致電機(jī)過熱現(xiàn)象。由于ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出電流完美無諧波，電動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生明顯的附加熱損耗，另外泵的平方轉(zhuǎn)矩特性在轉(zhuǎn)速低時(shí)其電流相對下降，繞組發(fā)熱降低。因此在試運(yùn)行中我們針對這一問題專門做了試驗(yàn)，通過長時(shí)間的低頻運(yùn)行，觀察電機(jī)溫度，我們發(fā)現(xiàn)這兩臺升壓泵電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)溫升并不會(huì)明顯增加，出于安全運(yùn)行和變頻調(diào)節(jié)范圍的雙方面考慮，我們設(shè)置了變頻運(yùn)行的下限頻率，定為15Hz，從而一方面保證了電機(jī)的安全運(yùn)行，另一方面確保了變頻系統(tǒng)突出的節(jié)能效果。 5、結(jié)束語 國華三河電廠齊心莊水源地升壓泵的變頻改造，不僅體現(xiàn)出了變頻技術(shù)在水泵調(diào)速應(yīng)用上性能優(yōu)勢，更體現(xiàn)了廣州智光電機(jī)有限公司在高壓變頻技術(shù)應(yīng)用其完整的技術(shù)解決能力，一拖二方案的順利實(shí)施，為高壓變頻在母管制供水應(yīng)用領(lǐng)域提供了一種可借鑒的設(shè)計(jì)方案。 參考文獻(xiàn) [1] 泵與風(fēng)機(jī)（第三版），郭立君，何川，北京，中國電力出版社。 [2] ZINVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)培訓(xùn)教材，廣州，廣州智光電機(jī)有限公司。 作者簡介： 劉夏（1984-），男，陜西西安人，廣州智光電機(jī)有限公司技術(shù)部技術(shù)支持工程師，從事高壓變頻調(diào)速及電力電子應(yīng)用技術(shù)研究。