本文較詳細(xì)地分析了自來(lái)水廠(chǎng)應(yīng)用高

1、摘要：本文較詳細(xì)地分析了自來(lái)水廠(chǎng)應(yīng)用高、低壓變頻器的幾個(gè)問(wèn)題，包括概況介紹、選用國(guó)產(chǎn)佳凌變頻器原因。高壓變頻器特點(diǎn)、主電路介紹、高速功率器件的串聯(lián)技術(shù)、正弦波技術(shù)、抗共模電壓技術(shù)、變頻器選型、各種高壓變頻器性能比較、基本規(guī)格和主要參數(shù)等內(nèi)容。1引言啟東自來(lái)水廠(chǎng)是啟東市唯一的一家水廠(chǎng)擔(dān)負(fù)全市近30萬(wàn)人民的生活用水及生產(chǎn)用水責(zé)任十分重大因此供水系統(tǒng)的質(zhì)量、高效、節(jié)能是該廠(chǎng)十分關(guān)注的一件大事。該廠(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)及業(yè)務(wù)主管早有采用當(dāng)今先進(jìn)科技成果，使用變

2、頻調(diào)速的打算和安排，分別對(duì)一次進(jìn)水泵及二次清水泵實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的意向。經(jīng)近年的了解、訪(fǎng)問(wèn)、調(diào)研，最后決定選用成都佳靈變頻器。從技術(shù)交流、方案選定、草簽合同、設(shè)備制造、安裝調(diào)試、試運(yùn)行等過(guò)程，歷經(jīng)半年直至2005年元月中旬已驗(yàn)收合格，正式投入運(yùn)行，交付廠(chǎng)方使用。經(jīng)啟東市電力測(cè)試所的檢測(cè)結(jié)果，節(jié)電率在20～30％之間合乎對(duì)方的要求。故一次性通過(guò)驗(yàn)收，是啟東市政工程一項(xiàng)較大的節(jié)能項(xiàng)目帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和一定的社會(huì)效益，尤其在目前電力緊張狀況下是

3、實(shí)現(xiàn)“開(kāi)源節(jié)流”的“根本技術(shù)措施”。2系統(tǒng)介紹2.1二次清水泵二次清水泵即可供應(yīng)合格的自來(lái)水，經(jīng)水泵加壓后，直接送管內(nèi)供給用戶(hù)。該廠(chǎng)有3臺(tái)壓10kV，其中2臺(tái)400kW，一臺(tái)280kW。平常開(kāi)400kW一臺(tái)，晚上開(kāi)280kW一臺(tái)。在夏天高峰流量時(shí)要開(kāi)400kW一臺(tái)，再加280kW一臺(tái)，供水壓力約3.2kg，過(guò)去是采用人工方式調(diào)節(jié)出口閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)流量（或壓力），顯然這是不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，亦不及時(shí)。而采用變頻調(diào)速后，能自動(dòng)調(diào)速，既能做到壓力穩(wěn)

4、定，節(jié)能降耗，又能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉環(huán)PID調(diào)節(jié)。設(shè)備組成及要求:（1）電動(dòng)機(jī)Y5008，400kW，744rmin，10kV，31.1A，cosφ為0.85水泵揚(yáng)程39m，2700m3h，730rmin（2）電動(dòng)機(jī)Y5008，280kW，744rmin，10kV，21.5A，cosφ為0.85水泵揚(yáng)程35m，2146m3h，730rmin（3）具有工頻—變頻自動(dòng)切換功能。2.2一次抽水泵一次抽水泵即將河中的水，經(jīng)泵打入蓄水池，并經(jīng)處理合格后將

5、水送出。一般水廠(chǎng)布局是一次抽水泵與二次清水泵相距不遠(yuǎn)，但啟東自來(lái)水廠(chǎng)較特別，二者相距約3km，這樣又如何按出水量需要，來(lái)自動(dòng)控制抽水量，做到經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行，不使過(guò)大的進(jìn)水量形成蓄水池的溢出，而浪費(fèi)電能。過(guò)去是靠人工調(diào)節(jié)閥門(mén)控制，以電話(huà)聯(lián)系方式進(jìn)行操作，采用變頻器后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)速的方式，能實(shí)現(xiàn)節(jié)電功效，同時(shí)具有及時(shí)、有效、省力的好處。但因遠(yuǎn)距離通訊信號(hào)傳輸既有一定技術(shù)難度，又需要初投資關(guān)系，所以分兩步走，先解決變頻調(diào)速，以電話(huà)聯(lián)系方式

6、操作，以后再改為遙控方式。目前已預(yù)留4～20mA接口供變頻器使用。設(shè)備的組成及要求:（1）185kW抽水泵1臺(tái)電動(dòng)機(jī)380V337A980rmin抽水泵:揚(yáng)程22m，2020m3h，夜間低谷流量1300m3h閥門(mén)開(kāi)度約48%，出口壓力0.26MPa，白天高峰1900m3h閥門(mén)開(kāi)度98％，出口壓力0.18MPa。根據(jù)以上分析，夜間流量較小，節(jié)電潛力大，白天相對(duì)小，經(jīng)實(shí)測(cè)結(jié)果平均節(jié)電率約10％，全年運(yùn)行，選用目的以調(diào)速為主。（2）280kW

7、抽水泵1臺(tái)，只有在夏季高峰時(shí)使用，時(shí)間僅用10天左右，同時(shí)亦作185kW的備用泵。根據(jù)上述工況要求，給予配置280kW380V變頻器一套，其輸出可以切換，即“一拖二”方式，既節(jié)省投資，又方便使用。（3）具有工頻—變頻自動(dòng)切換功能。（16）易于實(shí)現(xiàn)能量回饋和四象限運(yùn)行，并可直接引出直流進(jìn)行直流輸電（17）適用于石油、化工、給排水、電力、冶金、建材、軍事、礦山等行業(yè)的高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)行（18）對(duì)用戶(hù)的高壓異步電動(dòng)機(jī)無(wú)任何特殊要求。不

8、但適用于新舊異步電動(dòng)機(jī)，也適用于同步電動(dòng)機(jī)。4.2主電路簡(jiǎn)介由圖1可見(jiàn)，系統(tǒng)由電網(wǎng)高壓直接經(jīng)高壓斷路器進(jìn)入變頻器，經(jīng)過(guò)高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再經(jīng)逆變器變頻變壓，加上正弦波濾波器，簡(jiǎn)單易行地實(shí)現(xiàn)高壓變頻輸出，直接供給高壓電動(dòng)機(jī)。IGBT功率器件直接串聯(lián)的二電平電壓型高壓變頻器是采用低壓變頻器已有的成熟技術(shù)，應(yīng)用獨(dú)特而簡(jiǎn)單的控制技術(shù)成功設(shè)計(jì)出的一種無(wú)輸入輸出變壓器、IGBT直接串聯(lián)逆變、效率達(dá)98％的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

9、。4.3關(guān)鍵的核心技術(shù)（1）高速功率器件的串聯(lián)技術(shù)根據(jù)查新，世界各國(guó)均未生產(chǎn)出IGBT直接串聯(lián)的高壓變頻器。佳靈公司運(yùn)用數(shù)十年積累的功底，和為中華民族爭(zhēng)光的決心、勇氣，認(rèn)為在重大裝備的原創(chuàng)技術(shù)上一定要有中國(guó)人自己的成果。永遠(yuǎn)跟在別人后面學(xué)，是不可能成為世界大國(guó)的。佳靈人用自己的心血和智慧，利用絕對(duì)、相對(duì)原理，終于解決了高速功率器件的串聯(lián)問(wèn)題。這不僅用于高壓電機(jī)變頻調(diào)速，而且可用于柔性輸電系統(tǒng)、城市無(wú)功補(bǔ)償、有源濾波、城市電網(wǎng)穩(wěn)壓、直流輸

10、電等領(lǐng)域。（2）正弦波技術(shù)高壓電機(jī)對(duì)變頻器的輸出電壓波形有嚴(yán)格的要求，佳靈公司為解決變頻器輸出電壓波形，從兩方面著手:一是優(yōu)化PWM波形二是研制出特種濾波器。（3）抗共模電壓技術(shù)僅解決IGBT的串聯(lián)，并不能甩掉輸入變壓器。原因在于共模電壓的存在。在低壓變頻器領(lǐng)域，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的電機(jī)軸承損壞，共模電壓就是影響的原因之一，在高壓變頻器的領(lǐng)域中，共模電壓更是必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。共模電壓（也叫零序電壓），是指電動(dòng)機(jī)定子繞組的中心點(diǎn)和地之間的電

11、壓。以典型的電流源型變頻器（不帶輸入變壓器）為例。由于上下直流母線(xiàn)的濾波電抗器大小相同，而且流過(guò)相同的電流，所以每個(gè)電抗器上的壓降也相同，因此以接地點(diǎn)G為參考電平，各點(diǎn)電壓符合以下關(guān)系:所以有:兩邊都除以2，可得由于整流電路在同一時(shí)刻只有兩相同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)致整流電路輸出的直流中點(diǎn)電壓不等于供電電源的中心點(diǎn)電壓，即UmG=0。圖5是在晶閘管觸發(fā)延遲角為20時(shí)的各點(diǎn)電壓波形。中點(diǎn)電壓UmG按照電網(wǎng)電壓三倍的頻率進(jìn)行變化，在晶閘管觸發(fā)延遲角為9

12、0時(shí)幅值達(dá)到最大。電流源型變頻器逆變器的工作原理與整流器大致相同，因此逆變器輸入直流中點(diǎn)對(duì)電動(dòng)機(jī)中心點(diǎn)的電壓EmN波形與UmG波形大致相同只是EmN的變化頻率為變頻器輸出頻率的三倍會(huì)隨著變頻器輸出頻率的變化而變化。由于所以，共模電壓。由于輸出頻率一般不等于電網(wǎng)頻率，且不斷變化，因此其組合可以導(dǎo)致共模電壓在某一時(shí)刻達(dá)到最大值。由于UmG和EmN的最大值都可以達(dá)到額定相電壓峰值的50％，所以共模電壓最大可接近相電壓的峰值，如果電源的中心點(diǎn)接

13、地，電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼也接地，這樣共模電壓就施加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的中心點(diǎn)和機(jī)殼之間。這樣高的共模電壓使電動(dòng)機(jī)繞組承受的絕緣應(yīng)力為電網(wǎng)直接運(yùn)行情況下的2倍，嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)絕緣。圖6顯示了一輸出電壓為4160V的GTO電流源型變頻器的共模電壓波形。當(dāng)沒(méi)有輸入變壓器時(shí)，共模電壓會(huì)直接施加到電動(dòng)機(jī)上，增加繞組對(duì)地的電應(yīng)力，引起絕緣擊穿，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。如果設(shè)置輸入變壓器（變壓器二次側(cè)中點(diǎn)不能接地），則共模電壓由輸入變壓器和電動(dòng)機(jī)共同來(lái)承擔(dān)，按照