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摘 要：本文介绍了高压变频器工作原理，以及莱钢型钢水厂变频器技术升级改造方案。通过改造后，变频器有效作业率达90%以上，全年可节约电费近50万元。
关键词：变频调速；升级改造；节能降耗。
1、前言
传统水厂供水泵房采用多水泵联合供水方式，在供水过程中，根据用水量随时间、季节的变化调整不同水泵机组的开启，以达到正常供水。实践证明，这种供水方式存在能耗大，水泵机组工作效率低，电气设备投资大，使用寿命短等弊端。近年来，随着自动化水平的提高，变频调速技术引入了供水行业，这种变频给水设备具有高效节能节水，流量连续可调，自动化程度高，操作控制方便等优点，目前已在供水系统中被广泛应用。莱钢型钢水厂采用成都佳灵电气制造有限公司生产的型号为JCS00605612111型IGBT直接串联高压变频器对供水泵房内3#机组实行变频调速技术。3#机组有關数据如下表1：
2、变频器工作原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。主要采用交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率[1]。其结构原理图如下：
图1：变频器原理图
从图1可以看出，该系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机，从而实现变频调速目的。
3、型钢水厂变频器存在的问题
莱钢型钢水厂3#变频器为成都佳灵电气制造有限公司生产的型号为JCS00605612111型IGBT直接串联高压变频器（6KV 560kw）。自2004年12月份投入使用以来，变频器发生故障较多，噪声大、发热量高， 2004年曾发生过共模电阻烧损电器元件着火事故和接地电阻烧坏的事故，致使设备长期闲置无法发挥节能效用。随着莱钢循环经济以及节能环保工作的深入推进，如何降低供水的工序能耗，是摆在我们面前的一个重要课题，而水泵变频调速技术在水泵的运行节能方面有着不可比拟的优势。针对此种情况，2007年初型钢水厂与变频器厂家技术人员对变频器制定技术升级改造方案，以降低事故发生频率，使其真正发挥变频调速作用，达到节能降耗的目的。
4、改造的可行性分析
4.1随着国内变频技术的发展，目前高压变频器的制作、升级改造技术日渐成熟，佳灵公司具备设备升级改造的技术实力和资质。
4.2通过改造输入输出电抗器，设备的运行噪音可降低，同时电抗器散热效果较好，可降低风扇强制冷却降温产生的噪音。
4.3改造原有的设备连接导线，加粗线径，改造后，原有设备滤波电阻器可以省去，设备热点减少。设备利用效率将大幅度提高。
5、改造方案
经过变频器厂家技术人员的分析研究，决定对现有变频器进行以下技术升级改造：
5.1更换输入电抗器JLSR10KV500、输出电抗器JLSC10KV500、直流共模电抗器JLGM10KV500，改造降温冷却系统，降低设备运行温度，减小设备噪音。
5.2变频器在控制程序上实现闭路循环控制，根据设定管网压力自动调节频率，达到最大的节能效果。
5.3完善过流、过压、欠压等故障的多种保护功能。
需改造的各模块如表2：
表2：型钢水厂高压变频器改造模块表
6、改造后系统运行状况
经过变频器厂家技术人员为期9天的技术升级改造后一次安装调试成功，经过反复多种测试各运行参数一直正常，变频器升级改造后质量性能良好，安全可靠，各项指标均达到了改造设计要求：
6.1谐波抑制效果良好。电压谐波含量小于3%，符合IEEE519-1992和GB/T14549-93标准。
6.2各种保护功能完善。过流、过压、欠压故障保护等功能可靠，并且考虑了外部电网的防雷击等多环节保护功能。
6.3各种指示功能完备。具有输入输出电流和电压运行频率故障显示运行状态指示等功能。
6.4通过升级改造，降低了设备噪音，使设备噪音由原来的98分贝降至75分贝左右，达到人耳可以接受的程度。
6.5使设备热点温度明显降低，提高了设备的利用率，由原先的闲置状态达到设备利用率在90%以上。
7、改造效益
变频器升级改造后，使用率90%以上，变频调速使水泵保持在最佳范围内运行，不仅避免了因频繁启动水泵对设备带来的损坏，而且实现均衡供水，保证了水厂供水系统稳定经济运行，达到了节能降耗的目的，其中2006年与2007年莱钢型钢水处理厂的供水电耗折线图如图2。
通过投运变频器后，供水电耗由2006年的平均0.304kwh/t降至2007年的平均0.254kwh/t，变频器时作业率按照90%计，电费0.59元/kwh，日均供水量5.4万吨，则全年节约电费支出：
（0.304-0.254）×54000×30×12×0.59×0.9=516132元。
直接经济效益：（设备使用寿命按10年计算）
516132-200000×10%（改造费用）=496132元。
8、结语
莱钢型钢水厂高压变频器经过技术升级改造后，正常投运率达90%以上，采用变频调速，可实现电机软启动，不仅减少了电机启动电流，而且延长电机寿命，对水泵的冲击力也大大减少。通过一年左右时间的运行节能效果显著，全年可节约电费近50万元，对水厂的节能降耗工作做出了积极的贡献。
参考资料：
吴加林：IGBT直接串联高压变频器北京：电工技术杂志，2003（2）。
关键词：变频调速；升级改造；节能降耗。
1、前言
传统水厂供水泵房采用多水泵联合供水方式，在供水过程中，根据用水量随时间、季节的变化调整不同水泵机组的开启，以达到正常供水。实践证明，这种供水方式存在能耗大，水泵机组工作效率低，电气设备投资大，使用寿命短等弊端。近年来，随着自动化水平的提高，变频调速技术引入了供水行业，这种变频给水设备具有高效节能节水，流量连续可调，自动化程度高，操作控制方便等优点，目前已在供水系统中被广泛应用。莱钢型钢水厂采用成都佳灵电气制造有限公司生产的型号为JCS00605612111型IGBT直接串联高压变频器对供水泵房内3#机组实行变频调速技术。3#机组有關数据如下表1：
2、变频器工作原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。主要采用交-直-交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率[1]。其结构原理图如下：
图1：变频器原理图
从图1可以看出，该系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流、直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机，从而实现变频调速目的。
3、型钢水厂变频器存在的问题
莱钢型钢水厂3#变频器为成都佳灵电气制造有限公司生产的型号为JCS00605612111型IGBT直接串联高压变频器（6KV 560kw）。自2004年12月份投入使用以来，变频器发生故障较多，噪声大、发热量高， 2004年曾发生过共模电阻烧损电器元件着火事故和接地电阻烧坏的事故，致使设备长期闲置无法发挥节能效用。随着莱钢循环经济以及节能环保工作的深入推进，如何降低供水的工序能耗，是摆在我们面前的一个重要课题，而水泵变频调速技术在水泵的运行节能方面有着不可比拟的优势。针对此种情况，2007年初型钢水厂与变频器厂家技术人员对变频器制定技术升级改造方案，以降低事故发生频率，使其真正发挥变频调速作用，达到节能降耗的目的。
4、改造的可行性分析
4.1随着国内变频技术的发展，目前高压变频器的制作、升级改造技术日渐成熟，佳灵公司具备设备升级改造的技术实力和资质。
4.2通过改造输入输出电抗器，设备的运行噪音可降低，同时电抗器散热效果较好，可降低风扇强制冷却降温产生的噪音。
4.3改造原有的设备连接导线，加粗线径，改造后，原有设备滤波电阻器可以省去，设备热点减少。设备利用效率将大幅度提高。
5、改造方案
经过变频器厂家技术人员的分析研究，决定对现有变频器进行以下技术升级改造：
5.1更换输入电抗器JLSR10KV500、输出电抗器JLSC10KV500、直流共模电抗器JLGM10KV500，改造降温冷却系统，降低设备运行温度，减小设备噪音。
5.2变频器在控制程序上实现闭路循环控制，根据设定管网压力自动调节频率，达到最大的节能效果。
5.3完善过流、过压、欠压等故障的多种保护功能。
需改造的各模块如表2：
表2：型钢水厂高压变频器改造模块表
6、改造后系统运行状况
经过变频器厂家技术人员为期9天的技术升级改造后一次安装调试成功，经过反复多种测试各运行参数一直正常，变频器升级改造后质量性能良好，安全可靠，各项指标均达到了改造设计要求：
6.1谐波抑制效果良好。电压谐波含量小于3%，符合IEEE519-1992和GB/T14549-93标准。
6.2各种保护功能完善。过流、过压、欠压故障保护等功能可靠，并且考虑了外部电网的防雷击等多环节保护功能。
6.3各种指示功能完备。具有输入输出电流和电压运行频率故障显示运行状态指示等功能。
6.4通过升级改造，降低了设备噪音，使设备噪音由原来的98分贝降至75分贝左右，达到人耳可以接受的程度。
6.5使设备热点温度明显降低，提高了设备的利用率，由原先的闲置状态达到设备利用率在90%以上。
7、改造效益
变频器升级改造后，使用率90%以上，变频调速使水泵保持在最佳范围内运行，不仅避免了因频繁启动水泵对设备带来的损坏，而且实现均衡供水，保证了水厂供水系统稳定经济运行，达到了节能降耗的目的，其中2006年与2007年莱钢型钢水处理厂的供水电耗折线图如图2。
通过投运变频器后，供水电耗由2006年的平均0.304kwh/t降至2007年的平均0.254kwh/t，变频器时作业率按照90%计，电费0.59元/kwh，日均供水量5.4万吨，则全年节约电费支出：
（0.304-0.254）×54000×30×12×0.59×0.9=516132元。
直接经济效益：（设备使用寿命按10年计算）
516132-200000×10%（改造费用）=496132元。
8、结语
莱钢型钢水厂高压变频器经过技术升级改造后，正常投运率达90%以上，采用变频调速，可实现电机软启动，不仅减少了电机启动电流，而且延长电机寿命，对水泵的冲击力也大大减少。通过一年左右时间的运行节能效果显著，全年可节约电费近50万元，对水厂的节能降耗工作做出了积极的贡献。
参考资料：
吴加林：IGBT直接串联高压变频器北京：电工技术杂志，2003（2）。