供排水車間二循裝置43#、44#、48#循環水泵負責聚丙烯車間1——7套聚丙烯生產供水，43#、44#、48#循環水泵電機分別為300KW、300KW、450KW，43/44#泵最大輸出流量1000噸/h，48#泵最大輸出3000噸/h。正常生產時48#泵和43#泵（或44#泵）同時運行，通過手動調節泵出口閥來控制流量，循環水壓力控制在0.4~0.6MPa，如圖1所示。

聚丙烯生產負荷變化大，最大負荷時，總需水量3800噸/h；最小負荷時，總需水量1000噸/h；平均負荷2400噸/h。低負荷運行時，為保證管網壓力不大于0.6 MPa，手動調節泵出口閥門，但響應速度慢，無法應對流量的變化需求，需要不生產的聚合釜的循環水閥門仍然處于打開，這樣造成大量電能的浪費。

圖1 聚丙烯循環水示意圖

解決方案

采用變頻調速實現循環水系統的恒壓供水。

由于43/44#泵輸出流量小，變頻改造后變頻調速空間小，所以此次對48#泵電機進行高壓變頻改造（電機參數：YB₂450—6 450KW /6KV 54.5A）。正常生產時，43^#/44^#泵處于工頻運行，生產用水變化量由48#泵變頻進行調節。如圖2所示。

圖2 配置方案

1. QF1、QF2、QF3：高壓開關
2. 變頻器：增設西門子完美無諧波高壓變頻器，用于變頻驅動48#泵
3. K1、K2、K3：48#泵工頻旁路柜，其中K2、K3機械互鎖，可以同時分閘而不能同時合閘。當變頻器故障或檢修時，可以將48#泵切換到工頻運行，系統可以繼續運行。

變頻控制方案采用恒壓閉環控制，變頻器選用西門子完美無諧波變頻器(輸入電源6KV/輸入隔變630KVA/輸出電壓0～6KV/額定輸出電流70A)。現場不具備DCS控制條件，因此變頻改造的控制利用變頻器本身的內置PID調節器來控制。

現場壓力表改為能輸出電流信號的壓力變送器，壓力變送器將0—1MPa的壓力信號轉換為4—20mA電流信號送至變頻器控制接口。保持循環水管網壓力位恒定，控制壓力設定為0.5 MPa，通過控制電機的轉速來保證生產的正常需水量。

高壓變頻器原理

西門子羅賓康高壓變頻器輸入端采用專用干式隔離變壓器，二次繞組采用延邊三角形接法，實現多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。6kV電壓經過副邊多重化的隔離變壓器降為18個有相位差的630V子電源系統供給對應的低壓變頻功率單元，每相由6個額定電壓為630V的功率單元串聯而成，功率單元為三相輸入、單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構。

再由低壓PWM變頻功率單元多重串聯實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。由于采用36脈沖的整流電路結構，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數可達到0.95以上，對電網的諧波污染小，不用增設濾波器。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，6kV輸出相當于13電平，輸出電壓非常接近正弦波，dv/dt很小。電平數的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電機發熱，噪音和轉矩脈動都大大降低，因此也不用增加輸出濾波器。

高壓變頻器內部原理示意圖如下：

圖3　高壓變頻器內部原理系統示意圖

改造內容

變頻器柜由旁路刀閘柜、變壓器柜和單元柜組成。高壓電源由二循6KV高壓開關柜供電，控制電源380V取自二循低壓回路，壓力變送器由增上的220VAC/24VDC開關電源供電。原高壓柜的二次控制回路不能滿足工頻/變頻的運行條件，因此對高壓開關柜的二次回路進行了相應的改動，如圖4所示。

圖4 變頻改造二次回路圖

在原高壓柜上增加變頻/旁路轉換開關SA和就地合閘按鈕SB，就地合閘按鈕用于變頻運行時，高壓柜給高壓變頻器送電。取消原高壓柜內的DCS分、合閘回路。

當轉換開關SA轉到“旁路”運行時，由現場電機旁的操作柱按鈕直接啟、停高壓開關柜斷路器。

當轉換開關SA轉到“變頻”運行時，現場電機旁的操作柱按鈕只能啟動/停止高壓變頻器，不能直接控制高壓開關柜斷路器。高壓柜斷路器的分合閘由高壓開關柜按鈕SB、SB2實現。

增加了變頻器跳閘回路，變頻器故障直接通過綜保器完成高壓斷路器跳閘。高壓變頻器內置保護功能完善，有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機過載、輸出接地、輸出短路等保護功能，隔離變壓器的各種保護完備，變頻器帶轉速跟蹤再起動功能。

節能情況

經過24小時的運轉和監控，得出了如下數據：

表1 改造前后運行數據對比表

通過對比可以看出在變頻工況下運行電機電流降低14.5A，有功功率降低162kW，功率因數提高0.16，24小時節電3800KWH。照此推算一年可節電138.7萬度，按0.6元/度電，一年可節約電費約83.2萬元，僅電費一項不到一年半即可收回投資，另外由于設備運行頻率降低和系統壓力降低，可大幅減少設備維護量，減少循環水的用量和浪費及補水量，經濟效益也是相當可觀的。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“高壓變頻器在循環水系統的應用”，作者為徐洪濤。）