基于盐环定扬黄工程的高压变频器实际应用探索

苏亮

摘要：本文通过介绍盐环定扬黄工程应用的高压变频设备，以实际应用为基础，在变频器设计选型、安装调试、机组运行和日常维护等方面归纳总结，提出改进意见和注意事项，为用好变频设备，推广变频技术和工程实际运行提供参考。

关键词：变频器;应用;泵站

0引  言

随着电子技术和计算机技术的飞速发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面得到极大的改善和提高，变频技术被广泛应用于各行各业中。在水利行业，常见许多低压泵站应用变频技术进行流量调节和水压调节，在10KV供电的高扬程泵站，应用变频技术对卧式离心泵机组进行调速运行的是十分罕见的。2017年，盐环定扬黄工程更新改造中安装使用的12台西门子完美无谐波高压变频器，有效解决了梯级泵站间流量不平稳、水量调节依靠频繁开停机、高扬程长距离压力管道水泵机组无法直启等问题，满足了工程供水生产需要。

1变频器结构和控制模式

1.1变频器结构。西门子完美无谐波高压变频器的结构包括变压器部分、功率单元部分、控制单元三大部分及配套旁路柜，其中，变压器部分主要包括电源端的连接、强制空冷的干式变压器和苯乙烯塑料挡风板，功率单元部分包括750V功率单元组件、6脉冲二极管整流器和熔断器，控制部分包括西门子控制器、UPS电源、控制用辅助电源和SIMATIC键盘人机接口等，配套旁路柜包括主电源回路的高低压隔离开关、真空接触器和旁路真空接触器等。

1.2变频控制模式。高压变频器接入电动机电源回路后，运行时会改变电动机电源频率，继而改变电动机的转速，电动机的不同转速决定了水泵在不同工况下的运行，实现了水泵的水量调节。10KV高压电通过母线送至机组真空断路器，然后经变频器高压侧隔离开关、真空接触器传输至高压变频器，经变频器变频后，经低压侧真空接触器、隔离开关输出至电动机，使电动机改变频率运行。

1.3旁路运行模式。为避免变频器故障后水泵机组不能正常使用，保证供水的连续性，通过配套旁路柜，当变频器故障时，可根据需要停运水泵机组，切换到旁路运行后实现水泵机组的工频运行。10KV高压电通过母线送至机组真空断路器，然后经旁路柜的真空断路器直接起动电动机，电动机实现工频运行。

2变频器应用建议

2.1变频器设计选型和安装调试改进意见

（1）变频器可控性和安全性应增强。一是变频器手动隔离刀闸和接触器可采用真空断路器进行替代，在满足自动化控制需要的同时，杜绝了手动隔离刀闸操作不方便、电磁锁易坏的问题;二是应增加CF存储卡防插拔设施，避免保存变频器基本参数的CF卡带电插拔;三是应增加柜门防误开装置，保证变频器待机状态下无法打开功率单元柜门和变压器柜门;四是应增加闭锁装置，保证变频器风机未工作状态下，无法给变频器送中压电。

（2）变频器与附属设备的联动性应增强。变频器整体设计过程中，应实现变频器本体与高低压侧接触器、电源侧断路器的联动分闸功能及出水液控蝶阀的联动关阀功能，避免变频器运行过程中发生故障后造成机组倒转。变频器运行过程中应实现设备运行参数异常联动，避免误操作或设备故障使得输入频率、功率过低时水泵机组低速运转或停转，出水液控阀门未及时关闭造成机组倒转，损坏设备，例如，盐环定二泵站2#、4#机组液控阀“关阀”的联动条件为运行频率低于43Hz、流量为0m?/s、电机功率低于900KW。

（3）变频器报警信号输出全面性应改进。设备故障信号输出分类不满足需要。西门子变频器故障时，通信端口输出的故障信号未分类，自动化接受的故障信号显示单一，故障信号需到变频器控制柜人机界面查看。因此，根据变频器运行使用需要，变频器报警信号输出应满足全面性需要，应输出故障详细信息，以便于自动化采集和远程监控需要。

2.2变频水泵机组运行需满足以下要求

（1）变频机组调频范围要求。设备调频范围需根据实际运行工况确定。变频器理论调频范围为0-50Hz，但在水泵机组正常运行过程中，低于一定频率时，水泵不出水、振动和噪音增大，因此需要根据实际运行工况确定变频器调频范围。要达到水泵出水、能耗低、效率高的目标，需要根据实际运行情况测算变频调频范围。按照一定的频率步长调节频率，待水泵运行稳定后记录运行电气量参数和水泵扬程、流量、振动等数据，通过计算分析水泵机组在各频率下的效率和能源单耗，确定水泵安全经济运行的变频器调频范围。盐环定扬黄工程泵站确定的变频机组调频范围为，二泵站2#、4#变频机组，三泵站3#、5#变频机组，六泵站1#、3#变频机组调频范围为46Hz～50Hz;四泵站3#、5#变频机组调频范围为43Hz～50Hz;五泵站4#、8#调频范围为44Hz～50Hz;二泵站7#灌溉泵、六泵站6#灌溉泵调频范围为40Hz～50Hz。

（2）变频机组与其他机组的配合要求。西门子完美无谐波变频器是电压源型变频器，变频器中直流环节采用电容为电动机提供无功电流，不需要与电网进行交换，因此在整个速度范围段内功率因数能够保持在0.95以上不变，有效补偿了系统功率因数需要，降低了电能无功损耗。异步变频机组与同步工频机组、异步工频机组配合使用，能够保证泵站整体运行过程中，功率因数满足电网0.9以上的需要，同时又能保证不会过补偿。

（3）应用变频机组为压力管道充水要求。在泵站投运过程中，空管道开机需要首先开启变频机组，并以30Hz的频率开始运行，同时控制出水阀门开度，避免机组和管道振动过大。随着管道充水进度的不断完成，根據阀后压力监测判断充水高度，相应调节变频机组频率和阀门开度，保证充水的持续稳定进行，直至管道充水达2/3扬程后，完全调频至工频运行，并完全打开出水阀门，运行至压力管道正常出水。应用变频机组为高扬程长距离压力管道进行初充水，能够有效避免机组直启过载现象，同时降低机组、压力管道振动幅度和频次，减少水泵机组、压力管道故障发生。

2.3变频器日常维护要注意以下情况

（1）变频器环境要求。变频器本体清洁无杂物，室内环境温度0-40℃范围内，最好能够控制在25℃左右，湿度不超过80%，且无凝结或水雾，满足设备运行要求。

（2）变频器进风量和除尘要求。经常用一张A4纸检查变压器柜、功率柜进风口风量（A4纸应能被过滤网牢牢吸住），定期更换或清洗过滤网（建议1周清洗一次），检查风扇是否有问题。变频器投入运行每六个月用吸尘器将柜内灰尘清除干净。

（3）变频器停运维护要求。长期停运或更换新元件等，再次开机时，不易直接启动运行，先上高压电待机半小时，再投入运行。长期停运的变频器每个月上一次高压，给电容进行充电（上高压电前必须保证干燥无凝露），每次一小时。

3总结

盐环定扬黄工程应用变频器一年多以来，有效解决了泵站级间流量匹配问题，减少了开停机次数，为泵站少人值班提供了技术支撑，同时通过收集变频水泵机组的运行数据和故障情况，经过技术人员的共同分析和总结，在变频器应用方面做了许多改进，为工程安全稳定运行提供了技术保障。

参考文献：

[1]杨永春，彭军.浅析高压变频设备在大型多梯级提水泵站的应用[J].科技视界，2018（22）.