（东莞市东江水务有限公司）
摘要：现阶段，高压变频器在供水行业的应用比较普遍，其不仅能够实现采水量的高效控制，还具备显著的节能效果，推动着供水行业稳定持续的发展。传统模式下，为实现采水量的限制，往往应用阀门来进行调节，不仅容易造成阀门频繁损坏，还耗费着较高的电机电能。文章引入某供水站供水泵的节能改造案例，与应用阀门的效果进行对比，对高压变频器在供水行业中的应用效果展开细致分析。
关键词：高压变频器；供水行业；节能降耗
为迎合我国资源节约型、环境友好型社会的构建目标，社会各领域纷纷开始引入新的生产技术和生产设备，来实现自身节能降耗的目标，推动经济效益和社会效益协调发展。供水泵站担负着为区域生活和生产供水的使命，其在日常运转中不可避免的会消耗大量的电能，如何对其运行方式和设备进行改造，在确保运行效率的前提下，实现良好的节能目标，已成为供水泵站相关人员首要考虑的问题。
一、某地供水站供水泵概况
该供水站共设3台260KW的供水泵，型号为12SH—6A，每小时的水流量为756t，但受该地水资源部门发布的用水政策影响，现要求该水源地每日供水量不可多于800t，因而，该供水站只需运行一台供水泵即可，但也需对流量进行控制，为此采用调节泵出口阀门的方式，但应用这种方式，会产生能源浪费和“憋泵”问题，在一定程度上，会增加该供水站的运维费用和人工成本，因此，引进一种新型的方法、技术和设备是当务之急。
二、节能改造概况和目的
为满足我国资源节约型社会的构建要求，与可持续发展理念相一致，有效降低供水泵的运行成本和运行能耗，该供水站特地引进时下比较先进的变频节能技术，以弥补传统模式下应用阀门带来的缺陷和问题。通过科学的应用变频节能技术，该供水站获得了较好的节能效果和运行经验，因此，进一步引进高压变频技术，将其应用于高压电机中，对供水泵的电动机进行改造[1]。
电动机概况如下：型号为JS—137—4，额定电压、电流、功率和转数分别为：6000v、30.4A、260kw、470t/min。
三、具体的节能改造方案
（一）高压变频器的选型
不同型号高压变频器的参数、运行条件和运行效果也不尽相同，因此，供水站进行节能改造的第一步就是要进行变频器的选型，要基于供水站的水泵型号、供水流量等情况，选择与实际情况相契合的高压变频器[2]。几经对比，本次选择了型号为HARSVERT—A的高压变频器。
（二）HARSVERT—A型号高压变频器原理和特性
该型号的变频器系统由三部分构成，即：移相变压器、功率单元、控制器。在该变频器中，功率单元为21个，每相由7个功率单元构成。
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图1 系统结构图
该型号变频器功率单元间的结构一致，均为交—直—交单相逆变电路，可以相互进行转换。
该型号变频器的输入侧应用移相变压器提供电能，副边绕组分为了三组，最终形成42脉冲多级移相叠加的整流方式，以实现对网络电流波形的改善，推动其在负载状态下，功率因数可趋近于1。此外，移相变压器的副边绕组具有一定的独立性特点，能够使每个功率单元的主回路都处于独立状态。
该型号变频器输出侧各单元相互串接的输出端子为电机提供电能，在完成对各单元PWM波形的重组工作后，能够得到全新的PWM阶梯波形，不仅能够减小对电缆和电机的损坏作用，还能显著减少电机谐波消耗，进而减少轴承和叶片间的机械应力。在功率单元出现异常的情况下，可将继电器K闭合，避免其对其他单元的运行造成影响，然后，对变频器进行降额操作，减少因停机带来的运行和经济损失。
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图2 功率单元电路结构图
该型号变变频器的控制器主要应用了单片机技术，基于精密的算法，应用高速单片机，可以使电机的性能和运行达到最佳的状态。此外，通过在该控制器中内置PLC，完成对开关信号、操作信号和状态信号的处理与协调，最终使系统呈现出一定的灵活性特点。从控制器的结构来看，应用较为标准的VME箱体结构，在结构内每个控制单元板之间均应用了较为先进的表面焊接技术及大规模集成电路，实现系统稳定可靠运行。从光纤通讯技术来看，在该控制器和功率单元间，应用光纤通讯技术能够实现对高低压部分的彻底隔离，进而提升系统的安全性和抗电磁干扰性能。
（三）HARSVERT—A型号高压变频器主回路方案
从供电站的实际情况和生产运行的要求出发，构建一拖一变频控制方法，为变频器配备电机，以实现良好运行的目标，为进一步推动供水泵稳定安全运行，又加设了工频旁路回路。
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图3 一次主回路接线图
其中QF、QS1—QS3分别代表真空断路器和高压隔离刀闸，QS3为旁路刀闸，QS1和QS2的中间位置区域为高压变频器。在电机需要更换运行方式，应用变频运行时，具体操作步骤为：首先，要拉开QS3旁路刀闸，将QS1和QS2两个刀闸做闭合操作，最后闭合QF，变频器得到电能后，开始启动，最终实现对电机的驱动功能；在电机需要更换运行方式，应用工频运行时，具体操作步骤为：首先，拉开QS1和QS2，然后合入QS3，最后将QF闭合，以实现对电机的直接驱动。与变频运行方式有所不同，工频运行方式更多的是在变频器故障检修运维时才得以应用，从本质上来说，工频运行方式是一种备用的工作方式。
本次构建的主回路方案是一项典型的手动旁路方案，因此，在具体的操作环节，要密切关注QS2和QS3的状态，二者不能再同一时间同时处于闭合状态，同时，还要保证二者可在机械上实现安全互锁。
此外，在变频器发生故障后，为避免其受到其他部位的影响，变频器会在第一时间发出跳闸指令，对真空断路器连锁跳闸，进而实现电源的断开。此外，QS1、QS2和QS3也会与QF进行电气互锁，以保证操作的安全性。
（四）HARSVERT—A型号高压变频器的控制方案
基于供水站水源的实际情况，本次节能改造一共构建了两种控制方式，一种为恒压供水，另一种为手动调节。
首先，恒压供水的变频系统应用了一个电位器、一个压力传感器，应用电位器实现对压力值的设定，应用压力传感器实现对管网中压力的检测，以推动信号的传递和接收，科学合理的控制马达转速。若一定时期内，压力还是不稳定，则可进行工频或变频的切换，调整压力值，使其与电位器设定的压力值数据相一致。
其次，手动调节控制方式下，需将变频器的频率调节开关进行重新设定，将其引入到负责监督采水量情况的监督室，值班人员可基于不同时段的供水量要求，手动调节开关，改变电机转速，进行水流量的控制。
（五）HARSVERT—A型号高压变频器的冷却方案
为推动电流的整流和逆变，电子功率器件在运行中，会产生一定的热量，在一定时间下，会增加设备的温度，情况严重时，甚至会烧损设备。因此，供电站若想实现变频器安全稳定运行，就必须落实散热工作，构建有效的冷却方案[3]。
本次节能改造中应用了比较简单高校的自然风冷却方案，需在变频器上方安装总风道，将冷却风机吸入的热量排放到室外。自然风冷却方案成本较低，仅需一个风道即可，无需设置转动设备，效果较为理想。
四、最终呈现效果
本次改造后，减小了水的阻力损耗、解决了工频状态下振动强的问题、降低了电动机的故障率、延长了电动机的使用周期、降低了检修工作的强度和费用，节能效果优越，显著节约了运行成本。
结束语
总而言之，在本次改造中，将高压变频器应用于供水站的运行中，改善了供水环境，提高了经济效益和生产效益，减少了运维成本，提高了供水的自动化水平，对供水行业的发展具有一定的现实意义。
参考文献
[1]游庆元,吴胜华,陈超明.基于水厂变流变压曲线的高压变频器节能应用(2)——智能水务在供水实时调度领域的实践[J].变频器世界,2019(06):76-80.
[2]马勇,金爽,杨晓明.高压变频在供水行业的优化应用[J].变频器世界,2015(08):68-70.
[3]祝祥年,王培佩.高压变频器在供水系统补水泵上的应用[J].电世界,2015,56(08):46-47.