1.概述
我公司循环水车间48#高压水泵（电机功率450kW、电压6kV）向聚丙烯装置供水，水压无自动调节手段，装置用水量减小时，大量循环水白白浪费，能耗高。出于节能考虑进行变频改造。图1所示改造前一次系统图、二次原理图。
图1改造前一次系统图、二次原理图
2.西门子罗宾康完美无谐波高压变频器原理
我们选用西门子完美无谐波高压变频器（型号：PH-6-6-450输入电源6KV/输入隔离变630KVA/输出电压0～6KV/额定输出电流70A）。采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。该变频器具有对电网谐波污染小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，包括国产电机。图2所示高压变频器系统图
图2高压变频器系统图
6kV电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入、单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。每相由6个额定电压为630V的功率单元串联而成，输出相电压达3780V，线电压达6.6kV，每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。图3所示功率单元结构示意图。
图3 功率单元结构示意图
隔离变压器二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。对于6kV电压等级变频而言，就是36脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波。由于输入电流谐波失真很低，变频器输入的功率因数可达到0.95以上。如图4所示变频器输入电压、电流波形。
图4 变频器输入电压及电流
逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，6kV输出相当于13电平，输出电压非常接近正弦波，dv/dt很小。电平数的增加有利于改善输出波形，由谐波引起的电机发热，噪音和转矩脉动都大大降低，所以这种变频器对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机，不需要输出滤波器。如图5所示变频器输出电压电流波形。
图5 变频器输入电压及电流
与采用高压器件直接串联的变频器相比，由于不是采用传统的器件串联的方式来实现高压输出，而是采用整个功率单元串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，可直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。功率单元采用模块化结构，同一变频器内的所有功率单元可以互换，维修也非常方便。如图6所示变频器二次接线图。
图6变频器二次接线图
3.实施改造
（1）48#高压水泵加装一台西门子罗宾康完美无谐波高压变频器和一台旁路刀闸柜（与48#水泵高压柜一同放在配电室），正常时变频运行，变频故障时切至旁路柜工频运行。
（2）采用恒压控制方案，泵出口加装压力传感器，信号经PID调节器后输出4-20mA控制变频转速。
（3）现场操作柱不动，高压柜加装工频、变频转换开关SA，扩展继电器1ZJ、2ZJ，变频状态高压柜合闸按钮SB。如图7所示改造后一次系统图、二次原理图
（4）变频运行
隔离刀闸QS1、QS2闭合，QS3打开，转换开关SA打到变频位置，合高压柜合闸按钮SB，高压断路器QF闭合，通过现场操作柱控制扩展继电器1ZJ、2ZJ，实现变频器起、停。
（5）工频运行
隔离刀闸QS1、QS2打开，QS3闭合，转换开关SA打到工频位置，通过现场操作柱控制扩展继电器1ZJ、2ZJ，实现电动机起、停。
图7改造后一次系统图、二次原理图
4.结束语
改造后循环水用量得到很好调节，达到了节能效果，同时实现了电动机软起、软停，延长电机轴承使用寿命。
参考文献
西门子罗宾康完美无谐波高压变频器使用维护说明书
（说明：本文中的图文是利用AUTOCAD2004绘制的，如看不清楚，可放大观看）
作者简介：蔡旭，电气工程师，主要负责中国石油化工股份有限公司沧州分公司炼油装置高、低压电气设备的维护管理工作。
联系方式：中国石油化工股份有限公司沧州分公司机械动力部，
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