Application of High Voltage Inverter in Hainan Danzhou's 100,000 Ton level Water Factory
海南儋州那大十萬噸水廠總工 王統民


　　摘 要： 本文著重介紹國產多電平型高壓變頻器在海南儋州那大十萬噸水廠的應用情況，對其節電情況進行對比。結果表明，采用國產高壓變頻器對水廠的供水泵等設備進行調速節能改造，具有較高的技術進步和經濟效益。
　　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.
　　關鍵詞： 多電平 高壓變頻器
　　eywords: Multi-level High voltage inverter
項目背景
　　儋州市位于海南島西北部，瀕臨北部灣，是海南省人口最多，面積最大的市。儋州屬熱帶季風氣候，年平均降雨量為1915毫米，年平均氣溫23℃，年最高氣溫38℃，最低氣溫6℃，相對濕度達98％以上。
　　那大十萬噸水廠負責整個城區的供水，供水泵房配置水泵3臺，適配電機10KV630KW2臺，10KV400KW1臺。設計的供水能力為10萬噸/天，但目前本地區的用水量僅為2.8萬噸/天。供水能力同用水能力的矛盾突出。原運行方式為電機工頻運行，通過調節水泵的出口閥門來調節水量，大量電能在閥門上白白浪費。為解決該突出問題，降低損耗，水廠決定對水泵進行調速改造。
調速設備的選型的過程
　　目前，大功率高壓異步電動機的主要調速方式有以下幾種：串級調速、液力偶合器調速、及變頻調速等。
　　串極調速：它不適合于鼠籠型異步電機，必須更換電機，不適用于我們的改造工程；電機不能實現軟起動，軟停止，啟動過程非常復雜；電機啟動電流大；調速范圍有限；響應慢，不易實現閉環控制；功率因數和效率低，并隨轉速的調低急劇下降；很難實現同PLC、DCS等控制系統的配合，對提高裝置的整體自動化程度和實現優化控制無益；同時對電網的較大諧波污染，進一步限制了它的使用，屬落后技術。
　　液力耦合器調速：屬低效調速方式，調速范圍有限，高速丟轉約5%-10%，低速轉差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與速度成正比，低速時效率極低，精度低、線性度差、響應慢，啟動電流大，裝置大，必須加裝在設備與電機之間，不適合改造；無法軟啟動，偶合器故障時，無法切換運行，維護復雜、費用大，不能滿足提高裝置整體自動化水平的需要。
　　通過多方調研，我們認為串極調速、液力偶合器調速存在以上諸多問題，不能滿足技術工藝要求，我們放棄了使用液力耦合器和串極調速的方案。
　　高壓交流變頻調速技術是90年代迅速發展起來的一種新型電力傳動調速技術，主要用于交流電動機的變頻調速，其技術和性能勝過其它任何一種調速方式。隨著國內廠家的不斷技術進步，目前國產高壓變頻器的性價比已經相當高，完全在我們能夠承受的范圍內。變頻調速以其顯著的節能效益，較高的調速精度，較寬的調速范圍，完善的電力電子保護功能，以及易于實現的自動通信功能，最終我們確定使用高壓變頻調速的技術方案。
選擇利德華福變頻器原因
　　由于我廠為10KV電網，如果選擇6KV變頻器必須再配套10KV變6KV的變壓器，6KV母線的開關柜等設備，現場已沒有場地，還會占有大量的資金。另外所選變頻器必須適配原有普通鼠籠式異步電動機，對電網沒有諧波污染，均有良好的人機界面，各項服務及時周到。最終利德華福的10kV高壓變頻器進入了我們的視線。
利德華福高壓變頻器的特點
　　采用單元串聯多電平技術，為高－高結構，10kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器；
　　系統一體化設計，包括輸入干式隔離變壓器，變頻器等所有部件及內部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可；
　　48脈沖輸入符合并優于IEEE519及GB/T14519標準對電壓失真和電流失真最嚴格的要求；
　　在20～100%的負載變化情況內達到或超過0.95的功率因數，并且電流諧波少，無須功率因數補償/諧波抑制裝置；
　　無需濾波器，變頻器就可輸出正弦電流和電壓波形，對電機沒有特殊的要求，可以使用普通異步電機，電機不必降額使用。
　　控制系統采用全數字微機控制，有很強的自診斷功能，能對所發生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠方報警，便于運行人員和檢修人員能辨別和解決所出現的問題；
　　內置PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要；
　　采用全中文WINDOWS顯示和操作界面，彩色液晶觸摸屏，適用于國內用戶；


現場安裝調試運行的情況
　　2002年1月，我公司向北京利德華福定購了一臺10kV/400kW高壓變頻器，2002年4月份交貨，經過1周的安裝調試，2002年5月變頻器通過現場試驗。后因為水廠外管網進行改造，現場不具備運行條件，變頻器一直處于停機狀態。直到2003年10月變頻器才正式投運運行，至今已穩定運行半年多，節能效果明顯，操作簡便。
　　變頻器剛剛運抵現場時，儋州突降暴雨，變頻器在雨中淋了一夜，但是由于變頻器良好的外包裝，開箱檢查時，內部沒有任何水跡，避免了直接的經濟損失。
變頻器放置一年后能夠無故障運行，內部沒有任何銹蝕痕跡，我們認為利德華福變頻器主要采取了以下　　措施來適應海南獨特的氣候條件：柜體噴塑，控制電路板噴漆，所有螺釘、螺母、銅排等連接件均進行鍍鎳處理，干式變壓器真空浸漆等。
運行效果
　　采用變頻器對水泵進行控制后：減輕了水泵啟停及水量調節時對管網造成的沖擊；保持水泵出口閥門最大，通過改變變頻器的輸出頻率（電機速度）調節供水量，節約了原來通過改變閥門開度調劑供水量時浪費在閥門上的能源；通過變頻器實現水壓閉環控制，實現了管網水壓的恒定。電機實現軟啟動，軟停車，對電網沒有沖擊。
節能數據：
　　工頻運行時的電機電流為24A。
　　使用變頻器后，
　　運行頻率為47.6Hz時輸入電流為16.2A，流量為2200t/h；
　　運行頻率為38.34Hz時輸入電流為5.9A，流量為580t/h；
　　日用水高峰為7-9時，10-12時，18 -22時，高峰時變頻器的輸入電流為12-16A，其余時間為5.9-10A。
　　年運行時間按照300天計算，電價為0.65元/度，變頻運行同工頻運行的理論計算節能比較為：
　　工頻運行時的電費為1.732×10×24×0.8×24×300×0.65＝1556305.92元
　　變頻運行取中間平均值計算：高峰時刻電流取14A，低谷時電流取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
　　則一年節約的電費為1556305.92元－648460.8＝907845.12元。
小結
　　2002年初，我們同利德華福簽訂合同時，利德華福僅有不到20臺的應用業績，目前利德華福已簽訂了超過170多套的合同，從數字中的變化讓我們感到當時的確選擇了一家十分優秀的公司，也選擇了一個很好的產品。變頻器自投運以來，運行穩定可靠，操作方便，大大減輕了現場操作人員的勞動強度，為我廠的節能降耗工作提供了優質的保證。雖然高壓變頻器的初期投資比較大，但是由于其節能效果明細，投資回報率高，運行可靠，自動化程度高，已經逐步取代了其它的調速方式。相信隨著國內像利德華福一樣的高壓變頻器廠家逐步成長，我們必將迎來一個高壓變頻的時代。

參考文獻：
　　[1]海南儋州那大十萬噸水廠供水泵高壓變頻改造資料。
　　[2] HARSVERT-A型高壓變頻器技術原理。
作者簡介：
　　王統民：1956年生人，男
　　現任海南儋州自來水公司副總經理兼那大十萬噸水廠廠長