高压变频器在海南儋州十万吨水厂的应用
Application of High Voltage Inverter in Hainan Danzhou's 100,000 Ton level Water Factory
海南儋州那大十万吨水厂总工 王统民
摘 要： 本文着重介绍国产多电平型高压变频器在海南儋州那大十万吨水厂的应用情况，对其节电情况进行对比。结果表明，采用国产高压变频器对水厂的供水泵等设备进行调速节能改造，具有较高的技术进步和经济效益。
Abstract: The application of domestic Multi-level High voltage inverters in Hainan Danzhou's 100,000 Ton level Water Factory is introduced in this paper, and the energy-saving effect is also shown here. The results show that the power plant can benefit a lot from energy-saving of some equipments, such as tuning the speed of the cycle pump with domestic high voltage inverters.
关键词： 多电平 高压变频器
eywords: Multi-level High voltage inverter
项目背景
儋州市位于海南岛西北部，濒临北部湾，是海南省人口最多，面积最大的市。儋州属热带季风气候，年平均降雨量为1915毫米，年平均气温23℃，年最高气温38℃，最低气温6℃，相对湿度达98％以上。
那大十万吨水厂负责整个城区的供水，供水泵房配置水泵3台，适配电机10KV630KW2台，10KV400KW1台。设计的供水能力为10万吨/天，但目前本地区的用水量仅为2.8万吨/天。供水能力同用水能力的矛盾突出。原运行方式为电机工频运行，通过调节水泵的出口阀门来调节水量，大量电能在阀门上白白浪费。为解决该突出问题，降低损耗，水厂决定对水泵进行调速改造。
调速设备的选型的过程
目前，大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种：串级调速、液力偶合器调速、及变频调速等。
串极调速：它不适合于鼠笼型异步电机，必须更换电机，不适用于我们的改造工程；电机不能实现软起动，软停止，启动过程非常复杂；电机启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时对电网的较大谐波污染，进一步限制了它的使用，属落后技术。
液力耦合器调速：属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大,最高可达额定功率的15%,因效率与速度成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，必须加装在设备与电机之间，不适合改造；无法软启动，偶合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。
通过多方调研，我们认为串极调速、液力偶合器调速存在以上诸多问题，不能满足技术工艺要求，我们放弃了使用液力耦合器和串极调速的方案。
高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式。随着国内厂家的不断技术进步，目前国产高压变频器的性价比已经相当高，完全在我们能够承受的范围内。变频调速以其显著的节能效益，较高的调速精度，较宽的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，最终我们确定使用高压变频调速的技术方案。
选择利德华福变频器原因
由于我厂为10KV电网，如果选择6KV变频器必须再配套10KV变6KV的变压器，6KV母线的开关柜等设备，现场已没有场地，还会占有大量的资金。另外所选变频器必须适配原有普通鼠笼式异步电动机，对电网没有谐波污染，均有良好的人机界面，各项服务及时周到。最终利德华福的10kV高压变频器进入了我们的视线。
利德华福高压变频器的特点
采用单元串联多电平技术，为高－高结构，10kV直接输出，不需输出升压变压器；
系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可；
48脉冲输入符合并优于IEEE519及GB/T14519标准对电压失真和电流失真最严格的要求；
在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数，并且电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；
无需滤波器，变频器就可输出正弦电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。
控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题；
内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；
采用全中文WINDOWS显示和操作界面，彩色液晶触摸屏，适用于国内用户；
现场安装调试运行的情况
2002年1月，我公司向北京利德华福定购了一台10kV/400kW高压变频器，2002年4月份交货，经过1周的安装调试，2002年5月变频器通过现场试验。后因为水厂外管网进行改造，现场不具备运行条件，变频器一直处于停机状态。直到2003年10月变频器才正式投运运行，至今已稳定运行半年多，节能效果明显，操作简便。
变频器刚刚运抵现场时，儋州突降暴雨，变频器在雨中淋了一夜，但是由于变频器良好的外包装，开箱检查时，内部没有任何水迹，避免了直接的经济损失。
变频器放置一年后能够无故障运行，内部没有任何锈蚀痕迹，我们认为利德华福变频器主要采取了以下 措施来适应海南独特的气候条件：柜体喷塑，控制电路板喷漆，所有螺钉、螺母、铜排等连接件均进行镀镍处理，干式变压器真空浸漆等。
运行效果
采用变频器对水泵进行控制后：减轻了水泵启停及水量调节时对管网造成的冲击；保持水泵出口阀门最大，通过改变变频器的输出频率（电机速度）调节供水量，节约了原来通过改变阀门开度调剂供水量时浪费在阀门上的能源；通过变频器实现水压闭环控制，实现了管网水压的恒定。电机实现软启动，软停车，对电网没有冲击。
节能数据：
工频运行时的电机电流为24A。
使用变频器后，
运行频率为47.6Hz时输入电流为16.2A，流量为2200t/h；
运行频率为38.34Hz时输入电流为5.9A，流量为580t/h；
日用水高峰为7-9时，10-12时，18 -22时，高峰时变频器的输入电流为12-16A，其余时间为5.9-10A。
年运行时间按照300天计算，电价为0.65元/度，变频运行同工频运行的理论计算节能比较为：
工频运行时的电费为1.732×10×24×0.8×24×300×0.65＝1556305.92元
变频运行取中间平均值计算：高峰时刻电流取14A，低谷时电流取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
则一年节约的电费为1556305.92元－648460.8＝907845.12元。
小结
2002年初，我们同利德华福签订合同时，利德华福仅有不到20台的应用业绩，目前利德华福已签订了超过170多套的合同，从数字中的变化让我们感到当时的确选择了一家十分优秀的公司，也选择了一个很好的产品。变频器自投运以来，运行稳定可靠，操作方便，大大减轻了现场操作人员的劳动强度，为我厂的节能降耗工作提供了优质的保证。虽然高压变频器的初期投资比较大，但是由于其节能效果明细，投资回报率高，运行可靠，自动化程度高，已经逐步取代了其它的调速方式。相信随着国内像利德华福一样的高压变频器厂家逐步成长，我们必将迎来一个高压变频的时代。
海南儋州那大十万吨水厂总工 王统民
摘 要： 本文着重介绍国产多电平型高压变频器在海南儋州那大十万吨水厂的应用情况，对其节电情况进行对比。结果表明，采用国产高压变频器对水厂的供水泵等设备进行调速节能改造，具有较高的技术进步和经济效益。
Abstract: The application of domestic Multi-level High voltage inverters in Hainan Danzhou's 100,000 Ton level Water Factory is introduced in this paper, and the energy-saving effect is also shown here. The results show that the power plant can benefit a lot from energy-saving of some equipments, such as tuning the speed of the cycle pump with domestic high voltage inverters.
关键词： 多电平 高压变频器
eywords: Multi-level High voltage inverter
项目背景
儋州市位于海南岛西北部，濒临北部湾，是海南省人口最多，面积最大的市。儋州属热带季风气候，年平均降雨量为1915毫米，年平均气温23℃，年最高气温38℃，最低气温6℃，相对湿度达98％以上。
那大十万吨水厂负责整个城区的供水，供水泵房配置水泵3台，适配电机10KV630KW2台，10KV400KW1台。设计的供水能力为10万吨/天，但目前本地区的用水量仅为2.8万吨/天。供水能力同用水能力的矛盾突出。原运行方式为电机工频运行，通过调节水泵的出口阀门来调节水量，大量电能在阀门上白白浪费。为解决该突出问题，降低损耗，水厂决定对水泵进行调速改造。
调速设备的选型的过程
目前，大功率高压异步电动机的主要调速方式有以下几种：串级调速、液力偶合器调速、及变频调速等。
串极调速：它不适合于鼠笼型异步电机，必须更换电机，不适用于我们的改造工程；电机不能实现软起动，软停止，启动过程非常复杂；电机启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时对电网的较大谐波污染，进一步限制了它的使用，属落后技术。
液力耦合器调速：属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5%-10%，低速转差损耗大,最高可达额定功率的15%,因效率与速度成正比，低速时效率极低，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，必须加装在设备与电机之间，不适合改造；无法软启动，偶合器故障时，无法切换运行，维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。
通过多方调研，我们认为串极调速、液力偶合器调速存在以上诸多问题，不能满足技术工艺要求，我们放弃了使用液力耦合器和串极调速的方案。
高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式。随着国内厂家的不断技术进步，目前国产高压变频器的性价比已经相当高，完全在我们能够承受的范围内。变频调速以其显著的节能效益，较高的调速精度，较宽的调速范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，最终我们确定使用高压变频调速的技术方案。
选择利德华福变频器原因
由于我厂为10KV电网，如果选择6KV变频器必须再配套10KV变6KV的变压器，6KV母线的开关柜等设备，现场已没有场地，还会占有大量的资金。另外所选变频器必须适配原有普通鼠笼式异步电动机，对电网没有谐波污染，均有良好的人机界面，各项服务及时周到。最终利德华福的10kV高压变频器进入了我们的视线。
利德华福高压变频器的特点
采用单元串联多电平技术，为高－高结构，10kV直接输出，不需输出升压变压器；
系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可；
48脉冲输入符合并优于IEEE519及GB/T14519标准对电压失真和电流失真最严格的要求；
在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数，并且电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；
无需滤波器，变频器就可输出正弦电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。
控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题；
内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；
采用全中文WINDOWS显示和操作界面，彩色液晶触摸屏，适用于国内用户；
现场安装调试运行的情况
2002年1月，我公司向北京利德华福定购了一台10kV/400kW高压变频器，2002年4月份交货，经过1周的安装调试，2002年5月变频器通过现场试验。后因为水厂外管网进行改造，现场不具备运行条件，变频器一直处于停机状态。直到2003年10月变频器才正式投运运行，至今已稳定运行半年多，节能效果明显，操作简便。
变频器刚刚运抵现场时，儋州突降暴雨，变频器在雨中淋了一夜，但是由于变频器良好的外包装，开箱检查时，内部没有任何水迹，避免了直接的经济损失。
变频器放置一年后能够无故障运行，内部没有任何锈蚀痕迹，我们认为利德华福变频器主要采取了以下 措施来适应海南独特的气候条件：柜体喷塑，控制电路板喷漆，所有螺钉、螺母、铜排等连接件均进行镀镍处理，干式变压器真空浸漆等。
运行效果
采用变频器对水泵进行控制后：减轻了水泵启停及水量调节时对管网造成的冲击；保持水泵出口阀门最大，通过改变变频器的输出频率（电机速度）调节供水量，节约了原来通过改变阀门开度调剂供水量时浪费在阀门上的能源；通过变频器实现水压闭环控制，实现了管网水压的恒定。电机实现软启动，软停车，对电网没有冲击。
节能数据：
工频运行时的电机电流为24A。
使用变频器后，
运行频率为47.6Hz时输入电流为16.2A，流量为2200t/h；
运行频率为38.34Hz时输入电流为5.9A，流量为580t/h；
日用水高峰为7-9时，10-12时，18 -22时，高峰时变频器的输入电流为12-16A，其余时间为5.9-10A。
年运行时间按照300天计算，电价为0.65元/度，变频运行同工频运行的理论计算节能比较为：
工频运行时的电费为1.732×10×24×0.8×24×300×0.65＝1556305.92元
变频运行取中间平均值计算：高峰时刻电流取14A，低谷时电流取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
则一年节约的电费为1556305.92元－648460.8＝907845.12元。
小结
2002年初，我们同利德华福签订合同时，利德华福仅有不到20台的应用业绩，目前利德华福已签订了超过170多套的合同，从数字中的变化让我们感到当时的确选择了一家十分优秀的公司，也选择了一个很好的产品。变频器自投运以来，运行稳定可靠，操作方便，大大减轻了现场操作人员的劳动强度，为我厂的节能降耗工作提供了优质的保证。虽然高压变频器的初期投资比较大，但是由于其节能效果明细，投资回报率高，运行可靠，自动化程度高，已经逐步取代了其它的调速方式。相信随着国内像利德华福一样的高压变频器厂家逐步成长，我们必将迎来一个高压变频的时代。
参考文献：
[1]海南儋州那大十万吨水厂供水泵高压变频改造资料。
[2] HARSVERT-A型高压变频器技术原理。
作者简介：
王统民：1956年生人，男
现任海南儋州自来水公司副总经理兼那大十万吨水厂厂长
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