浅谈HIVERT高压变频器在水厂改造中应用

　　概述

　　水在日常生活及工业生产中不可缺少，很多地方都要求水压稳定。2005年海宁市第二水厂原有220kW/400V变频机组一台供水恒压控制。随着供水范围的增大、供水量的增大以及供水量日夜差值的增大，供水调速范围也要求增大，原有的设已不能满足现有的生产要求，所以决定对原有的水泵进行变频控制改造。

　　海宁市第二水厂高压变频器

　　机组配置：

　　一、选型

　　水厂作为公共服务行业，在设备采购上主要考虑到设备的安全可靠，也要考虑到设备的性价比。随着电气传动技术，尤其是变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术也得到了广泛的应用。在设备改造方案上，我们通过市场的调查，从我们水厂的实际情况以及经济角度考虑，采用直接高压型高压变频器比较合理。目前单元串联多电平PWM电压源变频器性能比较好，该高压变频器的工作原理相似于美国ROBICON公司生产的完美无谐波变频系统。变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”。

　　二、恒压控制工作原理及系统方案

　　图3是设备改造的系统图。恒压控制在控制理论上是一种跟随控制，供水管网的出水压力由压力变送器（西门子）检测之后，压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等）， 以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。将其转换为4～20mA电流信号送入变频器，变频器将根据被控量的实际值和期望值，按照PID调节参数中设定的PID参数，自动调节变频器的输出频率，使被控量的实际值自动跟随期望值。PID的参数整定是控制系统设计的内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。使管网的实际水压跟随设定水压变化，并动态维持在设定水压上。

　　为了保证整个系统运行的可靠性，图3中的旁路柜，k1～k3采用联锁手动隔离开关，当变频器出现严重故障不能继续运行、两级单元旁路后再有单元发生故障时，变频器将立即封锁输出，并分断上级开关柜真空断路器DL，操作人员对旁路柜进行手动切换在工频状态，再合上真空断路器DL，将电机投入工频电网运行。开关设备各部分的投入和退出，仍应严格按操作说明的规定进行，不应随意操作，更不应在操作受阻时，不加分析强行操作，否则，容易造成设备损坏，甚至引起事故。

　　图3系统图

　　三、保护功能

　　HIVERT-Y10/029高压变频器在运行中具有过压保护、欠压保护、缺相保护、半导体器件过热保护和变压器过热保护的功能。

　　四、变频器的使用

　　当时HIVERT-Y10/029高压变频器在工艺设计中没有考虑增加散热通风道，在夏天高温时，电柜内部温度达到80℃以上，对于代设备会导致平板电脑死机，引起PLC不工作，变频器定频率运行。对于目前产品会导致重故障报警跳闸。后来我们发现变压器柜和单元柜柜顶安装的离心式风机排除的热风又吸入了电柜内，如此循环电柜内温度越来越高。我们进行改造，把通风管道接上离心式风机直接通到室外。改造后室外温度39℃时，电柜内部温度保持在57℃左右，上述问题一一解决。

　　在节能降耗方面，由于我厂原有调速设备也是变频设备，在节能方面没有明显的效果，在高压变频设备投产前，配水单位电耗平均约4.73 kWh/km3.m，设备投产后实际配水单位电耗约4.50 kWh/km3.m，下降0.23 kWh/km3.m，节能效率4.86%。另外使用了高压变频控制，也省了一台400kVA变压器的铜铁损耗。

　　在使用中要注意清洗过滤网的工作，高压变频器柜门外装有过滤层，用于阻挡粉尘进入单元内部。要经常用一张A4纸检查变压器柜、功率单元柜进风口风量，看纸张是否能被过滤网牢牢吸住，如吸不住应及时排除应定期维护间隔推荐为每半年，如灰尘较多，过滤网更换周期可缩短到一个月。