HARSVERT-A变频器在福州城门水厂的应用实例

北京利德华福电气技术有限公司


一、 概况
　　福州城门水厂为福州自来水公司下属水厂之一，设计日供水能力10万吨，送水泵房原配备450 kW/10 kV水泵2台、315 kW/10 kV水泵2台，全部定速运行。由于日夜供水流量差异较大，需要调节阀门或倒开大小水泵。由于水泵频繁启停带来的冲击，引起电机、水泵和阀门故障率增加，维修费用加大，另外也导致水压的经常波动，时常出现爆管等现象。另外由于水泵级差配置不是十分合理，原来为了减少开停泵次数，也经常采用控制阀门来调节流量和水压，造成不少能源浪费。为了稳定供水水压、提高供水自动化水平，节约能源，福州自来水公司决定采用变频器对水泵作调速改造。
　　福州自来水公司经过多方调研，SIEMENS、AB、ABB、ROBINCON等所有国外厂家都没有直接10 kV的高压变频器，要么采用高-低方案，要么采用高-低-高变换方案，谐波大，效率低，技术上比较落后。三电平产品输出电压最高只能到4.16 kV，ROBINCON变频器的输出电压也只有6 kV，无法直接适用于10 kV电网，并且产品允许的电压波动范围也无法满足福州当地的电网工况要求。北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A10/035高压大功率变频器为10 kV的直接高-高型变频器，谐波少，功率因数高，适用于普通电机，并且由于是国内产品，可以按照电网工况特殊设计，适合于中国国情，备件容易，维护简单，于是最终决定采用国产HARSVERT-A10/035变频器对4#水泵机组作调速改造。
二、 变频器的应用方案
　　HARSVERT-A10/035为10 kV变频器，直接接受10 kV高压输入，直接提供0-10 kV的高压输出。4#机组的电机为兰州电机生产的450 kW/10 kV普通三相异步电动机。


　　图中KM为原来4#水泵机组的10 kV高压开关，BPQ为北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A10/035变频器，DJ为4#机组的450 kW/10 kV普通三相异步电动机。4#机组用变频器调速改造时，只需断开原高压开关和电机之间连线，将变频器串入即可。为了改造后对变频器和电机实施有效保护，对KM的合分闸控制回路需要按如下要求进行改造：
　　 KM在得到变频器的合闸允许节点（闭合有效）后，方可合闸；
　　 KM在得到变频器的紧急分断节点（闭合有效）后，必须立即分断；
三、 变频器的性能参数
　　HARSVERT-A10/035变频器的主要性能指标如下：
变频器容量　　　　　600 kVA
额定输出电流　　　　35A
输入频率　　　　　　45Hz到55Hz
额定输入电压　　　　10000V
输入功率因数　　　　≥0.96（大于20%负载时）
输出频率范围　　　0.01Hz到50Hz（即：调速范围0-100%）
变频器效率　　　　　　　　≥96％
输出频率分辨率　　　　　　0.01Hz，无级调速
过载能力　　　　　　　　　120%一分钟，150%立即保护
　　 由于福州市电压波动频繁，并且波动幅度较大，在变频器的设计过程中，按照用户的特殊要求，将变频器允许的电压波动范围由标准的±10%提高到±15%。另外由于南方地区天气炎热，湿度大，变频器设计的最大环境温度为+45℃，以充分满足变频器在福州地区长期稳定运行的需要。
　　变频器有“本地”及“远程”两种控制方式，可以在机旁开、停电机及调节转速；也可以在远程的控制室通过计算机终端对水泵进行开、停电机及调转速等操作。
　　变频器对阀门实现联动控制，为此需要现场向变频器提供阀门状态节点（全开、全关），变频器对阀门输出开阀和关阀控制信号。
　　变频器具有水压自动闭环调节功能。为此需要现场向变频器提供一路反映管网水压大小的模拟信号。
四、 项目实施情况
　　2000年7月11日，北京利德华福电气技术有限公司和福州榕水物资供应有限公司签定变频器购货合同；
　　2000年11月14日：变频器运抵福州，同日完成了变频器的卸车、开箱、吊装和柜体安装工作。
　　2001年1月19日：变频器全部调试完毕，开始全负荷运行。
　　2001年1月21日：用户技术培训、现场操作培训。
　　2001年1月22日：完成变频器交接、验收工作。
五、 变频器运行情况
　　HARSVERT-A10/035变频器虽然单体尺寸比较大，但由于所有部件包括变压器都安装在柜体之中，集成为一个有机的整体，不需要另辟变压器安装场地，现场安装工作量小，总占地面积相对于其他种类的变频器仍然较小。
　　变频器投入运行后，由于电网侧功率因数，在各种负载情况下，和工频运行相比，电网侧的电流都大大下降。电机的无功电流都由变频器直接补偿，根本不需要无功补偿装置。
　　电机和水泵采用变频器进行调速运行后，在有效的调速区段内，运行都十分平稳。与原来工频运行相比，由于变频器对电机实现真正的柔性启动，启动电流大大减小，对机组没有任何冲击，相应的延长了这些设备的使用寿命，大大减少了维护工作量和维护成本。
　　变频器有效的水压闭环控制功能，使水压调节平滑可靠，转速无波动。以前夜间在水量变化较大时，水压的大幅度波动经常造成爆管等现象，使得值班人员时刻得提高警惕，不敢稍有疏忽，除了不得不时常调节阀门外，还得经常倒开大小水泵。采用变频器进行水压闭环控制后，爆管现象得到根本杜绝，因为爆管造成的供水中断及损失再没有出现。
　　由于变频器配置了阀门联动控制功能，在启停水泵的过程中，变频器能自动进行开阀关阀操作，同时许多操作都可以在值班室电脑终端上点击鼠标来实现，使得水泵的启停变得相当简单，操作人员工作量大大减少。
　　在变频器安装调试期间，曾经出现过变压器线圈过热、少数螺栓断裂等现象，但这些问题在调试过程中都得到彻底解决。变频器调试完成交付使用至今，运行一直十分稳定，从未出现大的故障。尽管有时因为水压反馈信号干扰太大引起水压小幅度波动，但用户经过对现场水压信号加强滤波，这些小问题也都基本根除。
　　从变频器的运行情况看， HARSVERT-A10/035型高压大功率变频器性能良好，运行稳定，简单实用，节能及附加综合效益都十分可观。由于启用了变频器，水厂简化了操作流程，减少了值班人员的工作量，无需值班人员人工倒泵、开阀，而且变频器大大减少了了对电机、水泵的启动冲击，方便了机组的保养、维护，延长了电机、水泵的使用寿命，给我们带来了一定的间接经济效益。