連玉英

(福建意昂機(jī)電股份公司，福建 泉州 362700)

1 引言

高壓大功率變頻調(diào)速裝置隨著技術(shù)的成熟，已廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、電力、市政給水和采礦行業(yè)的各種風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等。特別是市政供水，電費(fèi)在自來(lái)水廠甚至占制水成本的50%，采用高壓變頻器對(duì)泵類負(fù)載進(jìn)行速度控制，是節(jié)能和設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，可以大幅降低自來(lái)水廠的制水成本，提高自動(dòng)化程度，且有利于泵機(jī)和管網(wǎng)的降壓運(yùn)行，減少滲漏、爆管，可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

福建石獅赤湖水廠設(shè)計(jì)日供水量為20萬(wàn)噸，送水泵房設(shè)計(jì)4臺(tái)送水泵，分別為Q=5000m3/h，n=742r/min，H=50m，N=1000kW，2 臺(tái);Q=2500m3/h，n=980r/min，H=50m，N=450kW，2臺(tái)。水泵配套10KV高壓電機(jī)1000kW、450kW各1臺(tái)采用變頻調(diào)速運(yùn)行，按照運(yùn)行工藝設(shè)計(jì)，2臺(tái)工頻電壓運(yùn)行的水泵滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，日供水量已達(dá)到18萬(wàn)噸，則這2臺(tái)變頻運(yùn)行的水泵僅日供2萬(wàn)噸水量，作為少量補(bǔ)充，隨著管網(wǎng)需水量的大小，管道水壓的變化，從而控制變頻水泵的轉(zhuǎn)速，及時(shí)補(bǔ)充供水量，維持供水管網(wǎng)恒壓。因此，居于這種狀況，這2臺(tái)變頻運(yùn)行的水泵試長(zhǎng)期處于變頻運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即不會(huì)在工頻(50Hz)電壓狀況下運(yùn)行，且是短時(shí)工作。圖1所示是1000kW高壓電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路的電氣設(shè)計(jì)方案。整套變頻調(diào)速設(shè)備采用北京利德華福(BLH－系列)產(chǎn)品，整套裝置柜體包括變壓器柜、功率單元柜、控制柜、旁路柜，整套裝置外圍尺寸6054*1300*2870(長(zhǎng)*寬*高)，重10噸。由于大功率高壓變頻器柜較于常見(jiàn)開(kāi)關(guān)柜設(shè)備稍有差異，在設(shè)計(jì)、施工安裝及土建配合有些需注意的問(wèn)題，下面談?wù)?，作為同行參考?/p>

圖1

2 施工中的問(wèn)題

(1)變頻器柜基礎(chǔ)及電纜溝需根據(jù)廠家提供的實(shí)際尺寸施工，承載力必須核算能滿足設(shè)備荷載，整套設(shè)備重10噸，且原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)槽鋼的尺寸與訂貨的設(shè)備實(shí)際尺寸不符，造成柜底電纜溝尺寸也應(yīng)改變。本工程由于種種原因，按原設(shè)計(jì)圖施工的設(shè)備基礎(chǔ)與業(yè)主提供設(shè)備的基礎(chǔ)尺寸不符，以致全部返工。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的柜體基礎(chǔ)只是參考某個(gè)廠家產(chǎn)品，而工程訂貨的設(shè)備未必是設(shè)計(jì)圖中參考的廠家，不同廠家，設(shè)備的外圍尺寸、基礎(chǔ)形式可能不同，因此變頻器柜基礎(chǔ)及電纜溝施工時(shí)，務(wù)必得到設(shè)備生產(chǎn)廠家提供圖紙后，按照該圖紙施工，以免造成返工。

(2)變頻器柜的外圍尺寸較大，重量重，對(duì)于運(yùn)輸?shù)耐ǖ缹挾燃暗孛娉休d力要求高。變頻器柜搬運(yùn)雖然是分體搬運(yùn)，但一臺(tái)變壓器柜就有5.2噸重，柜體尺寸為2400*1300*2870(長(zhǎng)*寬*高)，需要采用吊車、叉車配合進(jìn)行起重吊裝搬運(yùn)就位，非人力所能搬運(yùn)，所以運(yùn)輸通道承載力、門洞尺寸必須符合設(shè)備重量、外圍尺寸的要求。設(shè)備訂貨時(shí)，需校對(duì)土建專業(yè)的運(yùn)輸門凈內(nèi)尺寸。如果變頻柜室不在外墻開(kāi)門，那么搬運(yùn)時(shí)可能所通過(guò)的室內(nèi)通道不能及時(shí)提供工作面，影響工期，應(yīng)考慮把變頻柜室臨路外墻預(yù)留搬運(yùn)孔洞，土建砌筑外墻時(shí)，需配合預(yù)留，待變頻柜搬運(yùn)到位，再封堵預(yù)留孔，以免影響設(shè)備安裝進(jìn)度。

(3)設(shè)備整箱搬運(yùn)到室內(nèi)，通知業(yè)主、監(jiān)理、廠家代表到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)箱檢查，因?yàn)樽冾l裝置許多器件并不是整柜組裝好運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，而是散件裝箱，待現(xiàn)場(chǎng)柜體安裝完，再把零散器件進(jìn)行組裝，特別是功率柜內(nèi)的功率單元，是變頻器的核心器件，又是高壓電氣元件，這些功率單元器件必須由生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，各個(gè)單元之間的連接電纜、銅排、器件、二次回路接線等均由廠家技術(shù)人員完成。在設(shè)備開(kāi)箱檢查時(shí)，需數(shù)量、型號(hào)逐一清點(diǎn)，各方見(jiàn)證，簽字認(rèn)可。免得萬(wàn)一器件缺少，造成推諉。開(kāi)箱后，門窗關(guān)緊加鎖，若有需要，應(yīng)派人值班看護(hù)。柜體安裝完，接著由設(shè)備廠家技術(shù)人員組裝功率柜內(nèi)功率單元器件、柜內(nèi)一次電纜拼接、散熱風(fēng)機(jī)安裝、二次回路器件接線、控制柜內(nèi)的PLC控制器件的安裝等，施工單位現(xiàn)場(chǎng)配合。

(4)變頻器柜的進(jìn)出線電纜敷設(shè)，由于進(jìn)出線接線端子均是設(shè)在旁路柜內(nèi)，高壓電纜敷設(shè)接線務(wù)必認(rèn)清進(jìn)出線的接線端子，不可混淆，旁路柜內(nèi)有進(jìn)線端子、出線端子、還有單投隔離開(kāi)關(guān)、雙投隔離開(kāi)關(guān)各一臺(tái)，內(nèi)部接線端子很多，線路復(fù)雜，電工在接線時(shí)容易辨別不清。接線前，認(rèn)真查看接線圖，接線完，仔細(xì)按圖紙與設(shè)備內(nèi)部線路走向校核，不可接錯(cuò)。錯(cuò)誤接線現(xiàn)象在別的工程有出現(xiàn)過(guò)，萬(wàn)一接線錯(cuò)誤，送電后可能會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的后果。假如把電源進(jìn)線端誤接到變頻器輸出端，一旦送電，就會(huì)造成變頻器的功率單元的IGBT管爆炸，同時(shí)使并聯(lián)其上的其他元器件燒毀，造成整個(gè)功率柜作廢。

(5)高壓變頻器柜的二次控制回路的電源為AC220V，PLC的電源為DC220V，還有散熱風(fēng)機(jī)的電源為AC380，變頻器柜內(nèi)部沒(méi)有提供這些電源，須從外部引取?？赡軓S家不同，電源的需要有所差別，但都是需從外部引取。現(xiàn)場(chǎng)需注意這個(gè)要求，原設(shè)計(jì)圖中往往沒(méi)有體現(xiàn)這些電源的引取，當(dāng)設(shè)備訂貨完，仔細(xì)審查資料，與設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，補(bǔ)充設(shè)計(jì)變頻器柜的低壓交直流電源的供電回路。低壓交流電源用于控制、散熱風(fēng)機(jī)回路，十分重要，建議從低壓配電室專路供電，有條件的應(yīng)采用雙路電源，一用一備。直流電源可以從高壓開(kāi)閉所的直流屏取得供電回路。

(6)變頻器柜工作時(shí)，發(fā)熱量很大，變壓器柜、功率柜上方自帶散熱排氣風(fēng)機(jī)，并設(shè)有專用排氣管引至室外，把熱量排到室外。有的土建設(shè)計(jì)圖中沒(méi)有考慮這個(gè)功能，沒(méi)有預(yù)留排氣管通往外墻的通風(fēng)口，或者有考慮，但預(yù)留的孔洞面積不足。在設(shè)備技術(shù)資料明確后，應(yīng)與設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，根據(jù)產(chǎn)品的要求，留設(shè)排氣管口。在土建砌筑外墻體時(shí)，配合，預(yù)留排氣管出戶孔洞。若有預(yù)留孔洞碰到混凝土圈梁，應(yīng)及時(shí)協(xié)調(diào)更改。且變頻器室應(yīng)設(shè)有通風(fēng)孔，免得變頻器室的空氣抽出室外，室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，不利于散熱。這些情況在本工程施工過(guò)程中均出現(xiàn)過(guò)，甚至連門洞預(yù)留不夠大，造成土建返工，裝修做完，重新鑿墻，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度、影響感觀質(zhì)量。

(7)高壓變頻裝置的調(diào)試。裝置自身保護(hù)十分強(qiáng)大，設(shè)有輸出過(guò)載、輸出過(guò)流、電網(wǎng)過(guò)電壓、電網(wǎng)欠電壓、電網(wǎng)失壓、直流母線過(guò)電壓、直流母線欠壓、變壓器過(guò)熱、缺相、控制電流掉電、驅(qū)動(dòng)故障、功率器件過(guò)熱、散熱風(fēng)機(jī)故障、外部給定掉線、接地故障、光纖故障等，自保功能十分完善。變頻裝置的內(nèi)部電氣元件、一次電纜連接、二次回路的接線、自控元件的安裝均由設(shè)備廠家專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)安裝，所有的保護(hù)調(diào)試，試驗(yàn)，整定均由設(shè)備廠家完成，并由廠家負(fù)責(zé)對(duì)使用單位的操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，施工單位全程配合。

3 關(guān)于高壓電機(jī)變頻調(diào)速裝置運(yùn)行無(wú)功功率補(bǔ)償問(wèn)題

(1)圖1所示，變頻調(diào)速運(yùn)行的高壓電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行流程是:高壓開(kāi)關(guān)柜送電至變頻器柜，按下變頻器柜上的啟動(dòng)按鈕，變頻器投入，電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)裝于供水管網(wǎng)電壓力表采樣的水壓信號(hào)，經(jīng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸入變頻柜的PLC微處理器處理，由PLC輸出控制信號(hào)，改變交流電源的頻率，根據(jù)n=60f(1－s)/p，電機(jī)的轉(zhuǎn)速(n)就隨著電源頻率(f)變化而改變，這就實(shí)現(xiàn)根據(jù)管網(wǎng)水壓的大小來(lái)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，按照管網(wǎng)需水量的大小，水泵及時(shí)補(bǔ)充水量，使得供水管網(wǎng)恒壓。

市政供水管網(wǎng)水壓設(shè)定壓力閾值，當(dāng)管網(wǎng)壓力小于這個(gè)設(shè)定值，則水泵自動(dòng)投入運(yùn)行，開(kāi)始低速運(yùn)行，即變頻器輸出電壓頻率小于工頻(50Hz)，隨著水泵轉(zhuǎn)速逐漸增加，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間，管道壓力還是達(dá)不到設(shè)定的壓力值，則變頻器退出，投切到工頻電壓運(yùn)行，在旁路柜切換開(kāi)關(guān)完成切換，水泵轉(zhuǎn)為額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。管網(wǎng)壓力逐漸增大，那么電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨著管網(wǎng)壓力的增大而逐漸減速，再而投切為變頻低速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值，水泵自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻運(yùn)行的水泵就這樣周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能。

根據(jù)變頻裝置運(yùn)行的流程，當(dāng)電機(jī)切換到工頻電壓運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)高壓補(bǔ)償柜投入運(yùn)行，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的高壓電機(jī)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。當(dāng)電機(jī)退出工頻電壓運(yùn)行，切換到變頻運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)償柜也同時(shí)退出運(yùn)行。在電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，是不需要采用電容器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。因?yàn)楦邏鹤冾l裝置設(shè)有移相變壓器，根據(jù)電路原理，這個(gè)電路中已經(jīng)有無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ埽瑹o(wú)需另外設(shè)電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。當(dāng)電機(jī)切換到工頻電源運(yùn)行時(shí)，則需投入補(bǔ)償柜，進(jìn)行單獨(dú)無(wú)功補(bǔ)償。

(2)按該水廠日供水量、及供水設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)工藝流程及設(shè)備運(yùn)行的特性，本工程無(wú)需設(shè)置電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置。因?yàn)檫@2臺(tái)變頻運(yùn)行的水泵只補(bǔ)充少量的供水量，且短時(shí)工作，也就是說(shuō)這2臺(tái)泵只是短時(shí)低速變頻運(yùn)行，維持管道恒壓即可，不會(huì)切換到工頻電壓運(yùn)行狀態(tài)，所以無(wú)需另行設(shè)置電容補(bǔ)償裝置給高壓電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償。經(jīng)我方與設(shè)計(jì)等方面探討，經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，最后取消高壓補(bǔ)償裝置，這樣減少上百萬(wàn)投資，而且減少設(shè)備故障率，長(zhǎng)期運(yùn)行減少維護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本工程為市政供水工程，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)來(lái)控制供水泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而改變供水量，維持管道恒壓，從水廠自動(dòng)化、節(jié)約能源、設(shè)備及管網(wǎng)的維護(hù)及減少爆管等故障等方面來(lái)說(shuō)，都起到很好的效果，投入使用幾個(gè)月來(lái)，運(yùn)行一切正常，效果良好。