变频装置在供水工程中的选型及应用探讨

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1、变频装置在供水工程中的选型及应用探讨1•广东省水利电力勘测设计研究院广州510635；2•广东电网有限责任公司管理科学研究院广州510080摘要：随着变频装置在供水工程中的应用日渐广泛，变频装置在设计时的选型问题变得十分重要而倍受关注。文章从变频装置的电压与电流、核心元器件、谐波、控制模式、维护周期等技术特点进行了比较分析，列举出具体的选型实例进行分析探讨。关键词：变频；供水；谐波；选型1引言近年来，随着对变频技术的认识不断提高，专业技术人员认识到，评价变频调速合理性和经济性的指标不仅是一次性投资，而是经过全面的比较和权衡,才

2、能突出其经济性。变频装置如何选型成为变频技术合理应用的关键，倍受人们的关注。变频装置的选型是个多因素综合考量的过程，其选型受到电机的电压等级、泵组的运行工况等等因素的影响及制约；而不同品牌的变频技术各有优劣，相关的国家标准或行业标准、设计规程少。因此，木文就如何进行变频装置的选型和应用进行探讨。2变频置主要参数介绍2.1变频装置的电压及电流变频装置的电压等级须与所拖动电机的电压等级相一致。国内电机电压等级有10kV/6kV/380V几种。合资品牌的变频装置的电压有10kV/6kV/4.2kV/3.3kV/690V/380V,国

3、产品牌有10kV/6kV/690V/380V,不同品牌不同电压囊括的功率段均不一样。除了变频装置与电机电压一致外，还应注意变频装置的输出电流须大于电机额定电流。市场调研中发现，大部分变频装置的厂家资料中变频装置的输出容量仅按拖动标准四极电机来计算。2.2变频装置的核心元器件核心元器件是指变频单元的电力电子元件，现市场主流变频装置的核心元器件主要分为以下几种：由表1看出，在中高压变频器领域，根据因核心元件将变频技术分两类:一是用耐压水平为6500V的高压元件逆变输出电压6kV,另-•种是通过耐压水平为1700V的元件逆变叠加输出

4、10kV或6kVo而在低压变频器领域，核心元件原理均一致，逆变技术可归类为只有一种。2.3变频装置的谐波抑制变频装置输入侧非线性整流电路，变频器经整流逆变后，输出侧的电压、电流含有丰富的谐波。此外，在变频装置内的振荡电路、数字电路、开关等元件都将产生连续的干扰频谱。根据文献⑴和[2],变频装置在稳态条件下的电压总谐波畸变率（THD）应不大于10%。但工程实际经验中，电力系统管理通常以配电电网母线电压的畸变率来考核用户对配电设备谐波的控制。而根据文献[3],公用电网电压总谐波畸变率，低压系统应不超过5%,6-10kV系统应不超过

5、4%。对于供水工程而言，变频装置本是供水泵站接入公用电网处的一个主要的谐波源，因此，对于需要并入电网的供水工程而言，变频装置的谐波抑制是考虑选用该类产品的一个重要因素。变频装置在输入及输出端各有一套抑制谐波的装置，该装置代表了不同变频品牌对抑制谐波的水平。由表2可看出，输入端抑制谐波的效果与选用多少脉冲整流有密切关系，即整流脉冲数越高，谐波越低。低压变频每相变频单元较少，所以整流脉冲数最多也只能做到12脉冲。因此，中高压变频比低压产品谐波低很多，所以选用中高压变频装置会比选用低压变频更好的控制水泵电机运行时对电网带来的谐波。但

6、实际上，电力企业是在并网点考核受电工程的谐波对电网的影响，对于选用10kV/6kV电机的泵站，由于外电电压等级多为10kV,且通常是直接配电到电机，导致电机变频运行产生的谐波会直接反馈入电网；而对于选用690V/380V电机的泵站，10kV外电往往需要经过一级降压才能给低压电机配电，因此，由于变压器将低压电机与电网隔离，电机变频运行吋产生的谐波虽稍大，但并网点处的电压畸变值不一定会超过设计的要求。2.4变频装置的控制模式变频器的控制方式大致有三种，分别是：恒U/f控制、转差频率控制及矢量控制。供水工程使用变频调节的目的是在保持

7、阀门开度不变的前提下，改变水泵的转速来调节流量，对控制精度要求并不高，恒U/f控制能满足这个要求。恒U/f控制的原理则是在改变频率的同时也改变变频器输出电压，并保证电动机的效率及功率因数均不下降。由图1可看出电动机经变频调节后，频率改变的同吋转速也在改变，可达到调节流量的目的。但需注意图2中Tkn为起动力矩，当转速很低时，力矩衰减很快。因此，在选择变频装置吋应注意该装置的U/f曲线,电压U不可调节过低，否则力矩T会随着电压U的降低而降低，克服不了拖动水泵时的阻力矩，电机则无法拖动水泵⑷。2.5变频装置维护周期国产变频品牌投入运

8、行约为5~6年时间，因运行数据相对缺乏而暂吋无法估计其维护周期。根据运行经验，国产品牌运行约4年就需要更换。而进口变频品牌投入运行已超过10年，运行吋间较长、积累的运行经验较丰富，其维护周期约为10年。以一个供水工程稳定运行10〜15年来计算,使用国产变频产品，运行4~5年进