1引言
目前，全世界正在為能源緊缺而困擾，我國的能源形勢尤其嚴(yán)峻。面對這樣的現(xiàn)實，國家有一系列的對策，因此頒布了《節(jié)能法》，并號召全社會為建設(shè)資源節(jié)約型社會而努力。節(jié)能改造就是其中有效途徑之一，節(jié)能改造有許多方面，其中通過對拖動風(fēng)機、水泵的高電壓大功率電動機變頻調(diào)速來實現(xiàn)節(jié)能，無疑是潛力最大的節(jié)能方式。隨著高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得該項技術(shù)在水廠大功率水泵上應(yīng)用成為可能。中國石化齊魯股份有限公司供排水廠正是在這種形勢下，對水泵設(shè)備進(jìn)行高壓變頻技術(shù)研究改造的。
2設(shè)備概況及改造方案
中國石化齊魯股份有限公司被喻為中國石化的明珠，在山東可謂家喻戶曉。齊魯石化供排水廠擔(dān)負(fù)著全公司的供水任務(wù)，西夏配水站是供排水廠的下屬單位之一，日設(shè)計供水能力20萬噸，清水泵房配備了五臺水泵機組，機組功率均為550KW/6KV，改造前全部定速運行，水量大小通過改變閥門開度大小的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用變頻器對水泵進(jìn)行控制的目的：通過變頻器實現(xiàn)水壓閉環(huán)控制，保持管網(wǎng)壓力的恒定；在水泵出口閥門開度最大的情況下，通過變頻器改變輸出頻率，進(jìn)而改變水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水量，以節(jié)約原來通過改變閥門開度調(diào)節(jié)供水量時浪費在閥門上的能源；減輕水泵啟停對管網(wǎng)的沖擊。
經(jīng)多方調(diào)研考察，比較性價比，最終齊魯石化供排水廠決定選用我山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37型高壓變頻器對西夏配水站2#、4#水泵機組進(jìn)行調(diào)速改造，經(jīng)過雙方技術(shù)人員的合作，共同制定了水泵機組的變頻改造方案?，F(xiàn)場設(shè)備圖如下圖1示。改造方案采用一帶二的形式，即高壓變頻器拖動配水站2#、4#機組任一臺，當(dāng)其中一臺機組出現(xiàn)故障或檢修時，變頻器拖動另一臺機組變頻運行。配水站2#、4#機組為同型號機組，其中2#機組電機和水泵的主要參數(shù)如下：
1)水泵
型號 20SHO
額定流量 2016m3/h
額定揚程 59m
額定軸功率 390KW
額定效率 83%
額定轉(zhuǎn)速 970rpm
2)電機
型號 JQS158-6
額定功率 550KW
額定電壓 6KV
額定電流 64A
額定功率因數(shù) 0.89
額定轉(zhuǎn)速 987rpm
圖1現(xiàn)場設(shè)備圖
3風(fēng)光牌JD-BP37-630F高壓變頻器
齊魯石化供排水廠決定選用我公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-630F高壓變頻器一拖二控制系統(tǒng)對2#、4#水泵機組作調(diào)速改造。以下是對風(fēng)光牌JD-BP37-630F高壓變頻器的一些介紹。
3.1JD-BP37-630F高壓變頻器的主要性能指標(biāo):
變頻器額定功率 630KW
額定輸出電流 80A
輸入頻率 45Hz到55Hz
額定輸入電壓 6KV
允許電壓波動 ±20%
輸入功率因數(shù) ≥0.96（額定負(fù)載時）
輸出電壓范圍 0～6KV
變頻器效率 ≥96%（額定負(fù)載時）
輸出頻率范圍 0～50Hz
整流方式 36脈沖二極管全波整流
輸出方式 每相6單元正弦波脈寬調(diào)制輸出，直接輸出6KV
頻率分辨率 0.01Hz
過載能力 ＜120%長期運行 150%連續(xù)1min ＞150%立即保護(hù)
操作鍵盤 中文彩色液晶觸摸屏
界面語言 簡體中文
控制電源 220VAC 10KVA
冷卻方式 強制風(fēng)冷
防護(hù)等級 IP20
模擬量輸入 四路，0～10v/4～20mA,任意設(shè)定
模擬量輸出 兩路，0～10V/4～20mA可選
開關(guān)量輸入輸出 4入/16出（可按用戶要求擴展）
通訊接口 RS232、RS485接口。
運行參數(shù)自動記錄和輸出、自動故障記錄、限流功能、輸出電壓自動調(diào)整功能、單元旁路功能等。
可根據(jù)用戶要求作特殊設(shè)計。
3.2變頻器設(shè)計要求
風(fēng)光牌JD-BP37-630F為我公司生產(chǎn)的全數(shù)字交流高壓變頻器控制裝置，采用先進(jìn)的功率單元串聯(lián)載波移相技術(shù)、正弦波PWM調(diào)制方法，全中文操作界面，具有可靠性高，性能優(yōu)越，操作簡便等特點，具體設(shè)計要求如下所述：
（1）系統(tǒng)效率高，額定工況下，總效率在96%以上，其中變頻器部分效率大于98%。
（2）輸入側(cè)為36脈沖整流，變頻器引起的電網(wǎng)諧波電壓和諧波電流含量滿足IEEStd519-1992和GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》技術(shù)要求。
（3）變頻器額定輸入功率因數(shù)大于0.96，無須功率因數(shù)補償裝置。
（4）變頻器輸出諧波含量低，可以驅(qū)動普通高壓電動機，而不會增加電機溫升，降低電機容量，電機電纜無任何長度限制；保護(hù)電機絕緣不受dv/dt應(yīng)力的損害；不會因為諧波力矩而降低設(shè)備使用壽命。
（5）具有單元旁路功能，當(dāng)某個單元出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以自動將其旁路，并降額繼續(xù)運行，保證系統(tǒng)的可靠性。
（6）采用全中文操作平臺，10.4英寸真彩LCD顯示，觸摸屏直接操作，更適合國人使用習(xí)慣。
（7）功率單元模塊化結(jié)構(gòu)，可以互換，維護(hù)簡單。
（8）輸入電壓范圍寬，在6KV（±20%）內(nèi)可連續(xù)運行。
（9）功率單元采用光纖通訊控制，完全電氣隔離，抗干擾性強。
（10）內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可實現(xiàn)閉環(huán)運行。
（11）內(nèi)置PLC，實現(xiàn)不同應(yīng)用現(xiàn)場的靈活控制。
3.3系統(tǒng)的構(gòu)成
(1)高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(2)功率單元結(jié)構(gòu)圖
圖3 單元電路結(jié)構(gòu)圖
(3)一次回路及保護(hù)
2# 4#
圖4一次回路示意圖
DL、DL1、DL2 用戶原有高壓開關(guān)柜
BPQ JD-BP37-630F高壓變頻器
K1、K2 高壓隔離開關(guān)
M1、M2 2#、4#水泵電機
變頻器供電電源及其保護(hù)由DL提供，速斷保護(hù)整定值按630KW重新整定。同時增加一面旁路柜，旁路柜有2個高壓隔離開關(guān)，通過開關(guān)組合，兩臺電機均可變頻運行。
2個隔離開關(guān)之間及其斷路器之間用電磁鎖聯(lián)鎖，K1、K2只允許一個合閘；DL1合閘狀態(tài)，K1不允許操作；DL2合閘狀態(tài)，K2不允許操作。
當(dāng)K1、K2及DL供電電源斷開時，變頻器處于安全狀態(tài)，
