【其它行业】 IDrive系列在平山水源泵站的应用

　　近几年来，高压变频调速技术这一崭新的、变革性的技术在国民经济的各个重要的行业正得到越来越广泛的应用。特别是国内一些生产厂家的技术水平，已接近世界同行业的领先水平。作为高压变频调速的最新技术，单元串联多电平高压变频器，采用多重化技术，提供无谐波的波形、具有显著的节能效果，是其他高压变频调速技术所无法比拟的。
　　内陆城市是国内严重的缺水城市，水资源的严重匮乏，使供水量的调节尤为重要。平山水源泵站有4台10KV、功率710KW的水泵机组。每台机组的额定流量为1800m3/h，扬程为120米。总管流量根据用户需要及水源蓄水状况进行调节，一般的波动区间为2000~3800m3/h，为提供一地区供水，所以一般要开两台泵，最多时须同时开启三台泵。原来使用调节阀门开度的方法改变管网流量，既不直观，又造成了能源的浪费。公司经过大量的调研工作，决定采用国内最先进的高压变频调速技术－单元串联多电平高压变频调速技术，并选用了上海亿思特电气有限公司IDrive系列变频器。经过几个月的运行，我们发现上海亿思特电气有限公司IDrive系列变频器具有节能效果明显，操作简便，稳定可靠等优点。

　　二、IDrive系列变频器原理

　　IDrive系列高压变频调速系统的结构见图2.1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。10000V系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。

 图2.1 高压变频调速系统结构图

　　每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构见图2.2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图2.3所示的波形。

           功率单元原理图                     功率单元输出波形实测图

　　输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成48脉冲整流方式；经多级移相叠加的整流方式，可改善电流波形，是逼近标准正弦波，高次谐彼＜2％，完全符合1992年制定的IEEE519标准和GB／T14549，93国家标准《电能质量公用电网谐波》要求。负载下的网侧功率因数接近1。
　　另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器，便于采用现有的成熟技术。

　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图2.4所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

实测输出侧线电压波形

　　变频器系统安全、可靠，保护装置功能齐全，具有过电压、欠压、过电流、过热、缺相等保护装置。具有完整的故障监测电路、精确的故障报警保护。

　　三、调速方案

　　根据实际情况，我们确定的调速方案为：选择1、4号泵为可调速水泵，正常运行时其中任一台运行于调速状态，而另一台泵作为备用，也可随时投入工频状态运行。两台泵运行状态的切换采用手动方式。并要求两台泵不能同时投入变频状态，或同时投入工频状态运行，对此要求，在设计旁路切换柜时特别设计了机械联锁装置。实际的原理接线图如图3.1：

图3.1 旁路切换柜原理图

　　 其中：KA1、KA2为高压开关
　　　　　KG1-KG4 为隔离开关

　　四、水泵调速替代阀门节流后的节能情况

　　1.节能分析 

　　如果通过水泵调速方式改变流量，使流量由Q1变至Q2，速度由N1调至N2，则工作点由B点降到C点；如果水泵定速为N1运行，通过阀门改变流量，则水泵从A点变为A点。水泵在B、C两工作点的功率分别为：PC=H1×Q2, PB =H2×Q2；
　　假设水泵在A、C两点效率差别不大，都约为η，则调速方式相对于关阀方式，节能效益

　　2. 实际节能情况

　　五、方便的阀门联锁功能

　　IDrive系列高压变频器配备了西门子公司的S7－200系列PLC，在实现外部逻辑控制时显得尤为方便。其阀门联锁功能的作用是：在启动水泵升速过程中，水泵出口水压逐渐增高，当大于设定的“最小开阀出口水压”时，阀门开始打开，直至开全；在停泵时，阀门同步关闭；如果开泵时，阀门因各种原因未能开全，将提示“阀门没有开全”，停泵时，如阀门未关严，将提示“阀门没有关严”。实际运用中，我们将“最小开阀水压”设定为0.9MPa，这样在开泵和停泵过程中，值班人员无需再对阀门执行任何操作，不仅减少了操作的失误，而且在开阀、关阀过程中对管网的冲击也很小。

　　六、方便快捷的操作