本文較詳細地分析了自來水廠應用高

1、摘要：本文較詳細地分析了自來水廠應用高、低壓變頻器的幾個問題，包括概況介紹、選用國產佳凌變頻器原因。高壓變頻器特點、主電路介紹、高速功率器件的串聯技術、正弦波技術、抗共模電壓技術、變頻器選型、各種高壓變頻器性能比較、基本規(guī)格和主要參數等內容。1引言啟東自來水廠是啟東市唯一的一家水廠擔負全市近30萬人民的生活用水及生產用水責任十分重大因此供水系統(tǒng)的質量、高效、節(jié)能是該廠十分關注的一件大事。該廠領導及業(yè)務主管早有采用當今先進科技成果，使用變

2、頻調速的打算和安排，分別對一次進水泵及二次清水泵實現變頻調速的意向。經近年的了解、訪問、調研，最后決定選用成都佳靈變頻器。從技術交流、方案選定、草簽合同、設備制造、安裝調試、試運行等過程，歷經半年直至2005年元月中旬已驗收合格，正式投入運行，交付廠方使用。經啟東市電力測試所的檢測結果，節(jié)電率在20～30％之間合乎對方的要求。故一次性通過驗收，是啟東市政工程一項較大的節(jié)能項目帶來顯著的經濟效益和一定的社會效益，尤其在目前電力緊張狀況下是

3、實現“開源節(jié)流”的“根本技術措施”。2系統(tǒng)介紹2.1二次清水泵二次清水泵即可供應合格的自來水，經水泵加壓后，直接送管內供給用戶。該廠有3臺壓10kV，其中2臺400kW，一臺280kW。平常開400kW一臺，晚上開280kW一臺。在夏天高峰流量時要開400kW一臺，再加280kW一臺，供水壓力約3.2kg，過去是采用人工方式調節(jié)出口閥門來調節(jié)流量（或壓力），顯然這是不經濟的運行方式，亦不及時。而采用變頻調速后，能自動調速，既能做到壓力穩(wěn)

4、定，節(jié)能降耗，又能實現自動閉環(huán)PID調節(jié)。設備組成及要求:（1）電動機Y5008，400kW，744rmin，10kV，31.1A，cosφ為0.85水泵揚程39m，2700m3h，730rmin（2）電動機Y5008，280kW，744rmin，10kV，21.5A，cosφ為0.85水泵揚程35m，2146m3h，730rmin（3）具有工頻—變頻自動切換功能。2.2一次抽水泵一次抽水泵即將河中的水，經泵打入蓄水池，并經處理合格后將

5、水送出。一般水廠布局是一次抽水泵與二次清水泵相距不遠，但啟東自來水廠較特別，二者相距約3km，這樣又如何按出水量需要，來自動控制抽水量，做到經濟合理的運行，不使過大的進水量形成蓄水池的溢出，而浪費電能。過去是靠人工調節(jié)閥門控制，以電話聯系方式進行操作，采用變頻器后可實現自動控制調速的方式，能實現節(jié)電功效，同時具有及時、有效、省力的好處。但因遠距離通訊信號傳輸既有一定技術難度，又需要初投資關系，所以分兩步走，先解決變頻調速，以電話聯系方式

6、操作，以后再改為遙控方式。目前已預留4～20mA接口供變頻器使用。設備的組成及要求:（1）185kW抽水泵1臺電動機380V337A980rmin抽水泵:揚程22m，2020m3h，夜間低谷流量1300m3h閥門開度約48%，出口壓力0.26MPa，白天高峰1900m3h閥門開度98％，出口壓力0.18MPa。根據以上分析，夜間流量較小，節(jié)電潛力大，白天相對小，經實測結果平均節(jié)電率約10％，全年運行，選用目的以調速為主。（2）280kW

7、抽水泵1臺，只有在夏季高峰時使用，時間僅用10天左右，同時亦作185kW的備用泵。根據上述工況要求，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—變頻自動切換功能。（16）易于實現能量回饋和四象限運行，并可直接引出直流進行直流輸電（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)的高壓電動機變頻調速節(jié)能運行（18）對用戶的高壓異步電動機無任何特殊要求。不

8、但適用于新舊異步電動機，也適用于同步電動機。4.2主電路簡介由圖1可見，系統(tǒng)由電網高壓直接經高壓斷路器進入變頻器，經過高壓二極管全橋整流、直流平波電抗器和電容濾波，再經逆變器變頻變壓，加上正弦波濾波器，簡單易行地實現高壓變頻輸出，直接供給高壓電動機。IGBT功率器件直接串聯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，應用獨特而簡單的控制技術成功設計出的一種無輸入輸出變壓器、IGBT直接串聯逆變、效率達98％的高壓變頻調速系統(tǒng)

9、。4.3關鍵的核心技術（1）高速功率器件的串聯技術根據查新，世界各國均未生產出IGBT直接串聯的高壓變頻器。佳靈公司運用數十年積累的功底，和為中華民族爭光的決心、勇氣，認為在重大裝備的原創(chuàng)技術上一定要有中國人自己的成果。永遠跟在別人后面學，是不可能成為世界大國的。佳靈人用自己的心血和智慧，利用絕對、相對原理，終于解決了高速功率器件的串聯問題。這不僅用于高壓電機變頻調速，而且可用于柔性輸電系統(tǒng)、城市無功補償、有源濾波、城市電網穩(wěn)壓、直流輸

10、電等領域。（2）正弦波技術高壓電機對變頻器的輸出電壓波形有嚴格的要求，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）抗共模電壓技術僅解決IGBT的串聯，并不能甩掉輸入變壓器。原因在于共模電壓的存在。在低壓變頻器領域，近年來發(fā)現的電機軸承損壞，共模電壓就是影響的原因之一，在高壓變頻器的領域中，共模電壓更是必須解決的關鍵問題之一。共模電壓（也叫零序電壓），是指電動機定子繞組的中心點和地之間的電

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

12、0時幅值達到最大。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對電動機中心點的電壓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頻率，且不斷變化，因此其組合可以導致共模電壓在某一時刻達到最大值。由于UmG和EmN的最大值都可以達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，如果電源的中心點接

13、地，電動機的機殼也接地，這樣共模電壓就施加到電動機定子繞組的中心點和機殼之間。這樣高的共模電壓使電動機繞組承受的絕緣應力為電網直接運行情況下的2倍，嚴重影響電動機絕緣。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。當沒有輸入變壓器時，共模電壓會直接施加到電動機上，增加繞組對地的電應力，引起絕緣擊穿，影響電動機的使用壽命。如果設置輸入變壓器（變壓器二次側中點不能接地），則共模電壓由輸入變壓器和電動機共同來承擔，按照