高压变频器在大冶特钢水厂给水泵上的应用
The Application of High Voltage Inverter for Pump in the Steel Factory of Daye
山东新风光电子科技发展有限公司 刘海鹏 郭培彬
湖北大冶特钢股份有限公司 孙亚斌
Liu Haipeng Guo Peibin Sun Yabin
摘 要：本文着重介绍了国产高压变频器在湖北大冶特钢水厂的应用情况。对高压变频系统作了说明。改造结果表明，采用国产高压变频器对水厂的供水泵设备进行调速节能改造，具有较高的社会效益和经济效益。
关键词： 高压变频器 给水泵 节能
Abstract: The paper mainly introduces that the application of domestic high voltage inverter for pump in the steel factory of Daye. It is discussed that the system of the HV inverter. It indicates great effect of domestic high voltage inverter energy-saving for pump in the factory.
Key words: High voltage inverter Pump Energy-saving
1.引言
大冶特钢水厂担负着公司家属区的供水任务，日供水30万吨，供水泵房配备了六台水泵机组，其中1#、2#、3#、4#机组为550KW/6KV，5#、6#机组为300KW/6KV。改造前水泵全部定速运行，由于日夜供水流量变化较大，经常需要倒开大小泵，来满足供水的需要，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，维修费用增大，另外也导致水压经常波动，时常出现爆管等现象。为了稳定供水压力，提高供水能力，提升供水自动化水平，节约能源，降低供水成本，大冶特钢公司水厂决定采用变频器对水泵进行调速改造。
大冶特钢公司水厂经多方调研，认为高压变频器采用高-低方案、高-低-高方案技术落后，谐波大，效率低，决定采用高-高方式进行改造，而高-高方式又可分为三电平、器件直接串联及功率单元串联等方式。目前，功率单元串联方式技术最成熟，产品运行可靠。水厂又经多方比较性价比，决定选用我公司生产的风光牌JD-BP37型高压变频器对1#、2#水泵机组作调速改造。风光牌JD-BP37型高压变频器为直接高-高、电压源型变频器，采用功率单元串联方式，谐波少，功率因数高，适用于普通电机，性能优越，适合中国国情。
2. 水厂设备概况
大冶特钢公司水厂决定1#、2#机组采用变频调速改造，采用一带二的形式，即高压变频器拖动1#、2#机组任一台，当其中一台机组检修时，拖动另外一台机组运行。设备现场情况如图1示。1#、2#机组为同型号机组，其中1#机组电机和水泵的主要参数如下：
1)水泵
型号 20SH-9
额定流量 2016m3/h
额定扬程 59m
额定轴功率 390KW
额定效率 83%
额定转速 970rpm
2)电机
型号 JS158-6
额定功率 550KW
额定电压 6KV
额定电流 64A
额定功率因数 0.89
额定转速 985rpm
图1设备现场情况图
3.风光牌JD-BP37-560F高压变频器的功能介绍
大冶特钢公司水厂决定选用我公司生产的风光牌JD-BP37-560F高压变频器对1#、2#水泵机组作调速改造。
3.1JD-BP37-560F高压变频器的主要性能指标:
变频器功率 560KW
额定输出电流 80A
输入频率 45HZ到55HZ
额定输入电压 6KV
允许电压波动 ±20%
输入功率因数 ≥0.98
输出电压范围 0~6KV
变频器效率 ≥96%
输出频率范围 0~50HZ
过载能力 100%连续 160%连续1min 220%允许1.5S
3.2 JD-BP37-560F高压变频器主要技术性能
3.2.1 高——高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。
3.2.2 输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置。
3.2.3 单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。
3.2.4 输出阶梯正弦PWM波形。
3.2.5 高压主回路与控制器之间为光纤连接，强弱电隔离，安全可靠。
3.2.6 完善的故障检测，精确的故障保护及准确的定位显示和报警。
3.2.7 内置PLC，易于改变控制逻辑关系，可灵活选择现场控制/远程控制，适应现场多变需求。
3.2.8 采用载波移相控制技术，大大抑制了输出电压的谐波成分，保证输出波形是完美正弦波。
3.2.9 控制电源与高压电相互独立，无高压可以检测变频器输出，便于现场调试以及培训操作人员，便于维护。
3.2.10 采用准优化SPWM调制技术，电压利用率高。
3.2.11 功率单元经24小时高温老化、150％负载试验，可靠性高。
3.2.12 中文Windows 操作界面，彩色液晶触摸屏操作。主界面如图2示。用户操作监控系统界面十分友好和完善，系统包括上位机（商用PC机）、下位机（工控机）、单片机。其中单片机给用户提供一个4位LED数码显示屏和一个12键的小键盘操作平台，可对变频器进行全部操作，包括参数设置和各种运行指令。工控机用触摸屏和通用键盘给用户提供操作平台，其功能更齐全，包括参数设定、功能设定、运行操作、运行数据打印、故障查询等等。上位机（商用PC机）放在总控室，可对多台变频器进行遥测、遥控。若只有一台变频器，上位机可省，或让客户自定。
图2主界面图
3.2.13 可接收和输出多路工业标准信号。
3.2.14 可打印输出运行报表。
变频器除了以上基本功能以外,还具有如下特殊功能:
(1)阀门真空度检测。
变频器在启动水泵以前,会自动判断真空度的值,如果没有真空度或没有达到要求,变频器会提供报警信号,并拒绝启动水泵。
(2)配置工频旁路。
变频提供手动旁路开关,使水泵机组既可变频运行,又可工频运行。
(3)电机温度自主控制。
变频器对电机温度进行检测,并在变频器主界面显示电机温度。当电机温度过高时,变频器会提供报警信号。
(4)具有“本地”及“远程”两种工作方式。
根据用户的需要,既可以在变频器旁开停操作及调节参数,也可在远程的控制室通过微机对水泵进行控制。
(5)具有阀门联动功能。
在开泵和停泵的过程中,值班人员无需再对阀门进行任何操作,减轻了工人的劳动强度,实现开停泵的全部自动化。
(6)具有远程拨号监控功能。
公司领导需要了解变频器现场运行情况,只需在终端微机安装远程拨号软件,在需要时拨通专线电话,即可看到变频器现场运行情况。
4.改造方案
2004年8月,山东新风光电子科技发展有限公司和大冶特钢公司水厂签定变频器购货合同,2004年10月,变频器正式投入运行,调试一次成功,并完成变频器验收工作。改造线路如图3示:
图3改造线路图
KA0 变频器高压开关
KA1 、KA2 原1#和2#泵高压开关
KY1~KY4 手动隔离开关
M1 1#水泵电机
M2 2#水泵电机
KY2不能和KY1或KY3同时合闸,KY3不能和KY4或KY2同时合闸。KY2合闸,KY1分断时,1#水泵可以变频运行,这是KY3需分断,KY4可以分断,也可以合闸;如果KY4合闸,KA2闭合,2#水泵可工频运行。
KY3合闸,KY4分断时,2#水泵变频运行,这时KY2需分断,KY1可以分断,也可以合闸,如果KY1合闸,KA1闭合,1#水泵可工频运行。
5.变频器运行情况
从变频器投入运行近9个月的时间看,用户完全达到了变频改造的目的,使用变频器后有以下优点:
(1) 操作简便,易于观察。
变频器运行时的所有数据及运行状态在上位机显示屏都可显示,如运行频率,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,开闭环,压力值等。上位机显示屏操作简单明了，观察方便。
(2)电机及水泵机组运行平稳,温升正常。
采用变频器拖动的1#、2#机组,电机为沈阳电机厂于1986年6月出厂的普通三相异步电动机,水泵为沈阳水泵厂于1987年8月出厂的离心式清水泵。在水泵机组的整个调速范围内,电机和水泵都平稳运行,没有出现异常振动和噪音,电机及水泵的温升也在正常范围之内,且变频器为软启动,启动电流小,对机组的机械冲击也大幅度减小。
(3)变频器运行稳定,性能良好。
风光牌JD-BP37-560F高压变频器投入运行以来,运行稳定,转速调节平滑可靠,电压和电流正常,没有出现异常现象。
(4)减轻了值班人员的劳动强度。
由于变频器具有阀门联动功能,随着供水水量的变化, 值班人员在值班时通过微机远程监控系统进行操作,不再需要频繁地开停大小泵及阀门,工作量大大减小。
(5)恒压控制。
采用压力恒压控制,用户只需根据实际供水需要设定所需压力，变频器自动恒压运行，压力设定方便，精确稳定，保证管网稳定运行，提高了供水质量。
(6)降低了维护费用。
由于变频器对电机实现软启动，启动电流小，对水泵机组没有任何机械冲击，相应地延长了水泵、电机及阀门的使用寿命，大大降低了维护工作量和维护成本。
(7)节电效果明显。
在大冶特钢公司水厂，目前采用多台水泵并联供水方式，由于日夜供水量变化大，水厂一般采用开停大小泵的方式进行调节，而不采用阀门调节，尽管如此，还存在一定的能源浪费现象。水厂改造前一般采用一到两台水泵工频并网向市区供水。用这种供水方式运行的2004年9月，千吨水耗电指标为143.6度，采用了变频器改造后，2004年10月，千吨水耗电指标为129.6度，综合电耗指标下降了10%左右。经过测算，不到两年即可收回成本。
6.结束语
从现场运行情况来看，山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37-560F高压变频器性能优越，运行可靠。不仅可以在新上自来水项目采用，也特别适合于旧设备中改造。在水厂应用变频调速技术，不仅提高了供水质量、供水能力，而且降低了供水成本。风光牌JD-BP37-560F高压变频器在大冶特钢公司水厂的成功运行，证明了其在水泵调速应用中具有无可比拟的优越性。
