摘要：在供水系統中電能的消耗約占自來(lái)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。本文根據自來(lái)水行業(yè)的工藝特點(diǎn)，介紹了希望森蘭SBH系列高壓變頻器在獨山自來(lái)水廠(chǎng)的應用，為自來(lái)水行業(yè)變頻應用提供一種新的解決方案。

關(guān)鍵字：供水、SBH系列變頻器、解決方案

一、前言  

   隨著(zhù)人口的增長(cháng)和經(jīng)濟的發(fā)展，獨山縣十二五規劃期間第一大民生工程獨山自來(lái)水廠(chǎng)在原有基礎上新建了近期五萬(wàn)噸日供水工程，遠期規劃擴建十萬(wàn)噸日供水。為獨山縣的廣大市民提供充足的自來(lái)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(guò)渡的箱狀背斜，形成較周邊地區高出 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(lái)的沖擊，會(huì )引起電機、水泵、閥門(mén)故障率增加，維修費用加大，同時(shí)對電網(wǎng)和管網(wǎng)都有很大沖擊。

二、獨山縣自來(lái)水生產(chǎn)工藝流程介紹

  根據供水范圍及使用居民人數，確定自來(lái)水廠(chǎng)日供水量能力。不同大小的自來(lái)水廠(chǎng)，其生產(chǎn)工藝流程基本相同，包括水源、取水、混合、反應、沉淀、過(guò)濾、消毒、給水等過(guò)程。生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)下圖：

圖1自來(lái)水廠(chǎng)水處理工藝流程

首先選取合適的水源，通過(guò)一級泵房（取水泵）將水送至廠(chǎng)內水處理系統，經(jīng)過(guò)機械混合、混凝反應處理，可以把水中不易沉淀的膠粒及微小懸浮物脫穩、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(lái)。機械混合的目的是通過(guò)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)混凝反應處入沉淀池，凝聚起來(lái)的絮狀物依靠重力作用從水中分離出來(lái)，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(guò)濾是為了進(jìn)一步去除水中細小懸浮雜物，過(guò)濾后的水經(jīng)過(guò)加氯消毒系統處理，破壞細菌酶系統使細菌死亡。消毒后的水由清水池經(jīng)過(guò)給水泵房提升到一定的水壓，再通過(guò)輸、配水管網(wǎng)送給千家萬(wàn)戶(hù)。

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構方式為單元串聯(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(guò)內部移相變壓器降壓、移相、隔離輸送給各個(gè)功率單元，功率單元從原理上等效于一個(gè)三相交流輸入、單相交流輸出的低壓變頻器。電路結構如下圖3所示：

圖3功率單元結構

功率單元整流電路為二極管全波整流，多脈沖構成多極移相疊加的整流方式極大地改善網(wǎng)側的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側功率因數大于0.95。輸出側由每個(gè)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(guò)對IGBT逆變橋進(jìn)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(wú)需輸出濾波器，可直接驅動(dòng)普通異步電機。同時(shí)，消除了由此引起的機械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機械應力。通過(guò)軟件控制，可以輸出不同等級的頻率電壓。SBH系列變頻器系統安全、可靠，保護裝置功能齊全，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱、缺相等保護裝置。具有完整的故障監測電路、精確的故障報警保護。

四、森蘭高壓變頻器的特點(diǎn)

1、一體化設計，系統更簡(jiǎn)潔、維護更方便、安全性能更高。

2、輸入限流功能，通過(guò)增加限流電阻能夠減小高壓變頻器上電時(shí)對上一級開(kāi)關(guān)的沖擊電流，實(shí)現軟充電。

3、單元模塊化設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(gè)功率單元的結構與電氣性能一致，可互換使用。

4、具有單元旁路技術(shù)，當某個(gè)單元出現故障時(shí)，可將故障單元旁路，實(shí)現旁路運行，不停機，保證生產(chǎn)連續性。

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

6、雙電源冗余設計，分別由兩路電源供電，比傳統UPS方案更可靠。

7、“飛車(chē)”啟動(dòng)功能當電機仍處于旋轉狀態(tài)時(shí)，通過(guò)轉速跟蹤技術(shù)，可直接帶電機啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流。

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

圖4：森蘭SBH系列高壓變頻器

五、調速方案

根據現場(chǎng)實(shí)際情況，一共6臺315kw/10kv送水泵，平時(shí)只開(kāi)其中2臺，另外4臺備用。在用水高峰期時(shí)為了維持管網(wǎng)壓力，滿(mǎn)足供水需求。2臺送水泵均工頻運行，在用水低谷時(shí)只開(kāi)1臺送水泵。針對獨山自來(lái)水廠(chǎng)遠期十萬(wàn)噸日供水計劃和用戶(hù)要求。采用希望森蘭第三代高壓變頻器對水廠(chǎng)送水泵進(jìn)行改造，電機額定參數為315kW/10kv，選配希望森蘭SBH-100-630規格的變頻器。一次系統方案如圖4所示：

圖5一次系統方案

送水泵變頻改造系統包括三部分：隔離柜、限流柜、高壓變頻器。其中隔離柜由兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)組成，當變頻器處于檢修和維護狀態(tài)時(shí)，通過(guò)手動(dòng)操作分斷QS1,QS2開(kāi)關(guān)，確保檢修過(guò)程的安全性。當需要對電機進(jìn)行絕緣耐壓試驗時(shí)，需要將QS2分斷，試驗完畢，再手動(dòng)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(shí)現對變頻器電容軟充電，使上電過(guò)程中對電網(wǎng)無(wú)沖擊。

由于用戶(hù)在出水閥前加裝了多功能止回閥通過(guò)測試發(fā)現變頻器運行在35hz及以下多功能止回閥未打開(kāi)，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調節功能模塊，通過(guò)簡(jiǎn)單的參數設置，可針對不同供水量需求，實(shí)現恒壓供水，確保管網(wǎng)供水安全性需求。

圖6：恒壓供水系統工作原理框圖

通過(guò)變頻控制，可以實(shí)時(shí)調節管網(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

   　獨山自來(lái)水廠(chǎng)變頻器正式投產(chǎn)以來(lái)，連續無(wú)故障運行至今，為水廠(chǎng)正常供水提供了強有力的保障。SBH系列變頻器的應用降低了系統對管路密封性能的破壞，延長(cháng)了設備的使用壽命，同時(shí)維護量減少很多，提高了系統的自動(dòng)化程度，節約了大量電能和水資源，切實(shí)響應了國家節能降耗的號召。