摘要：在供水系統(tǒng)中電能的消耗約占自來水成本的35%左右，其中很大一部分都是由大量的水泵消耗的。本文根據(jù)自來水行業(yè)的工藝特點，介紹了希望森蘭SBH系列高壓變頻器在獨山自來水廠的應(yīng)用，為自來水行業(yè)變頻應(yīng)用提供一種新的解決方案。

一、前言

隨著人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，獨山縣十二五規(guī)劃期間第一大民生工程獨山自來水廠在原有基礎(chǔ)上新建了近期五萬噸日供水工程，遠期規(guī)劃擴建十萬噸日供水。為獨山縣的廣大市民提供充足的自來水。由于獨山縣地處云貴高原 ， 全境地處貴州高原向廣西丘陵過渡的箱狀背斜，形成較周邊地區(qū)高出 310～490米的突出平臺地，最低海拔500米，最高海拔為1465米 ，平均海拔850～1100米之間。給水泵房配備的315kw/10kv水泵6臺，由于日夜供水差異較大。這樣水泵頻繁啟停帶來的沖擊，會引起電機、水泵、閥門故障率增加，維修費用加大，同時對電網(wǎng)和管網(wǎng)都有很大沖擊。

二、獨山縣自來水生產(chǎn)工藝流程介紹

根據(jù)供水范圍及使用居民人數(shù)，確定自來水廠日供水量能力。不同大小的自來水廠，其生產(chǎn)工藝流程基本相同，包括水源、取水、混合、反應(yīng)、沉淀、過濾、消毒、給水等過程。生產(chǎn)工藝流程見下圖：

圖1自來水廠水處理工藝流程

首先選取合適的水源，通過一級泵房(取水泵)將水送至廠內(nèi)水處理系統(tǒng)，經(jīng)過機械混合、混凝反應(yīng)處理，可以把水中不易沉淀的膠粒及微小懸浮物脫穩(wěn)、相互積聚，最終形成較大的絮粒，以便于從水中分離、沉淀下來。機械混合的目的是通過水力、機械的劇烈攪拌，使藥劑迅速均勻的溶于水中，提高混凝效率。經(jīng)混凝反應(yīng)處入沉淀池，凝聚起來的絮狀物依靠重力作用從水中分離出來，顆粒沉于池底。沉于池底的污泥不斷堆積并濃縮，定期排出池外。過濾是為了進一步去除水中細小懸浮雜物，過濾后的水經(jīng)過加氯消毒系統(tǒng)處理，破壞細菌酶系統(tǒng)使細菌死亡。消毒后的水由清水池經(jīng)過給水泵房提升到一定的水壓，再通過輸、配水管網(wǎng)送給千家萬戶。

三、SBH系列高壓變頻器原理

SBH系列高壓變頻器采取的拓撲結(jié)構(gòu)方式為單元串聯(lián)型高壓變頻器，其為直接高-高變換電壓源型，變頻器基本原理如下圖2所示：

圖2變頻器原理示意圖

高壓變頻器從10kV電網(wǎng)取電，經(jīng)過內(nèi)部移相變壓器降壓、移相、隔離輸送給各個功率單元，功率單元從原理上等效于一個三相交流輸入、單相交流輸出的低壓變頻器。電路結(jié)構(gòu)如下圖3所示：

圖3功率單元結(jié)構(gòu)

功率單元整流電路為二極管全波整流，多脈沖構(gòu)成多極移相疊加的整流方式極大地改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0.95。輸出側(cè)由每個功率單元的U、V輸出端子相互串聯(lián)而成星型接法給電機供電，通過對IGBT逆變橋進行正弦SVPWM控制，得到階梯的SVPWM波形，該波形正弦度好，dv/dt小，可以降低輸出諧波及由此引起的電機發(fā)熱、噪音等，從而減少對輸出電纜和電機的絕緣損壞，無需輸出濾波器，可直接驅(qū)動普通異步電機。同時，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。通過軟件控制，可以輸出不同等級的頻率電壓。SBH系列變頻器系統(tǒng)安全、可靠，保護裝置功能齊全，具有過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等保護裝置。具有完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障報警保護。

四、森蘭高壓變頻器的特點

1、一體化設(shè)計，系統(tǒng)更簡潔、維護更方便、安全性能更高。

2、輸入限流功能，通過增加限流電阻能夠減小高壓變頻器上電時對上一級開關(guān)的沖擊電流，實現(xiàn)軟充電。

3、單元模塊化設(shè)計以及雙冗余機械式單元旁路技術(shù)，抗干擾能力更強，可靠性更高。每個功率單元的結(jié)構(gòu)與電氣性能一致，可互換使用。

4、具有單元旁路技術(shù)，當某個單元出現(xiàn)故障時，可將故障單元旁路，實現(xiàn)旁路運行，不停機，保證生產(chǎn)連續(xù)性。

5、AVR自動穩(wěn)壓功能，當輸入電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時，AVR功能可以保持變頻器的輸出電壓不受影響。

6、雙電源冗余設(shè)計，分別由兩路電源供電，比傳統(tǒng)UPS方案更可靠。

7、“飛車”啟動功能當電機仍處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，通過轉(zhuǎn)速跟蹤技術(shù)，可直接帶電機啟動，無沖擊電流。

8、SVPWM空間電壓矢量控制，直流母線電壓利用率高，可提高輸出電壓15%。

五、調(diào)速方案

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，一共6臺315kw/10kv送水泵，平時只開其中2臺，另外4臺備用。在用水高峰期時為了維持管網(wǎng)壓力，滿足供水需求。2臺送水泵均工頻運行，在用水低谷時只開1臺送水泵。針對獨山自來水廠遠期十萬噸日供水計劃和用戶要求。采用希望森蘭第三代高壓變頻器對水廠送水泵進行改造，電機額定參數(shù)為315kW/10kv，選配希望森蘭SBH-100-630規(guī)格的變頻器。一次系統(tǒng)方案如圖4所示：

圖4一次系統(tǒng)方案

送水泵變頻改造系統(tǒng)包括三部分：隔離柜、限流柜、高壓變頻器。其中隔離柜由兩個隔離開關(guān)組成，當變頻器處于檢修和維護狀態(tài)時，通過手動操作分斷QS1,QS2開關(guān)，確保檢修過程的安全性。當需要對電機進行絕緣耐壓試驗時，需要將QS2分斷，試驗完畢，再手動將QS2合閘。

限流柜由高壓真空接觸器KM1與充電電阻R組成，限流電阻實現(xiàn)對變頻器電容軟充電，使上電過程中對電網(wǎng)無沖擊。

由于用戶在出水閥前加裝了多功能止回閥通過測試發(fā)現(xiàn)變頻器運行在35hz及以下多功能止回閥未打開，水泵不出水，所以把最低頻率限制在35hz。

SBH系列變頻器自身具有PID調(diào)節(jié)功能模塊，通過簡單的參數(shù)設(shè)置，可針對不同供水量需求，實現(xiàn)恒壓供水，確保管網(wǎng)供水安全性需求。

圖5：恒壓供水系統(tǒng)工作原理框圖

通過變頻控制，可以實時調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力及供水量，降低供水能量消耗，具有較明顯的經(jīng)濟效益。

五、總結(jié)

獨山自來水廠變頻器正式投產(chǎn)以來，連續(xù)無故障運行至今，為水廠正常供水提供了強有力的保障。SBH系列變頻器的應(yīng)用降低了系統(tǒng)對管路密封性能的破壞，延長了設(shè)備的使用壽命，同時維護量減少很多，提高了系統(tǒng)的自動化程度，節(jié)約了大量電能和水資源，切實響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的號召。

審核編輯：湯梓紅