供排水车间二循装置43#、44#、48#循环水泵负责聚丙烯车间1——7套聚丙烯生产供水，43#、44#、48#循环水泵电机分别为300KW、300KW、450KW，43/44#泵最大输出流量1000吨/h，48#泵最大输出3000吨/h。正常生产时48#泵和43#泵（或44#泵）同时运行，通过手动调节泵出口阀来控制流量，循环水压力控制在0.4~0.6MPa，如图1所示。

聚丙烯生产负荷变化大，最大负荷时，总需水量3800吨/h；最小负荷时，总需水量1000吨/h；平均负荷2400吨/h。低负荷运行时，为保证管网压力不大于0.6 MPa，手动调节泵出口阀门，但响应速度慢，无法应对流量的变化需求，需要不生产的聚合釜的循环水阀门仍然处于打开，这样造成大量电能的浪费。

图1 聚丙烯循环水示意图

解决方案

采用变频调速实现循环水系统的恒压供水。

由于43/44#泵输出流量小，变频改造后变频调速空间小，所以此次对48#泵电机进行高压变频改造（电机参数：YB₂450—6 450KW /6KV 54.5A）。正常生产时，43^#/44^#泵处于工频运行，生产用水变化量由48#泵变频进行调节。如图2所示。

图2 配置方案

1. QF1、QF2、QF3：高压开关
2. 变频器：增设西门子完美无谐波高压变频器，用于变频驱动48#泵
3. K1、K2、K3：48#泵工频旁路柜，其中K2、K3机械互锁，可以同时分闸而不能同时合闸。当变频器故障或检修时，可以将48#泵切换到工频运行，系统可以继续运行。

变频控制方案采用恒压闭环控制，变频器选用西门子完美无谐波变频器(输入电源6KV/输入隔变630KVA/输出电压0～6KV/额定输出电流70A)。现场不具备DCS控制条件，因此变频改造的控制利用变频器本身的内置PID调节器来控制。

现场压力表改为能输出电流信号的压力变送器，压力变送器将0—1MPa的压力信号转换为4—20mA电流信号送至变频器控制接口。保持循环水管网压力位恒定，控制压力设定为0.5 MPa，通过控制电机的转速来保证生产的正常需水量。

高压变频器原理

西门子罗宾康高压变频器输入端采用专用干式隔离变压器，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。6kV电压经过副边多重化的隔离变压器降为18个有相位差的630V子电源系统供给对应的低压变频功率单元，每相由6个额定电压为630V的功率单元串联而成，功率单元为三相输入、单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构。

再由低压PWM变频功率单元多重串联实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。由于采用36脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波。由于输入电流谐波失真很低，变频器输入的综合因数可达到0.95以上，对电网的谐波污染小，不用增设滤波器。

逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，6kV输出相当于13电平，输出电压非常接近正弦波，dv/dt很小。电平数的增加有利于改善输出波形，由谐波引起的电机发热，噪音和转矩脉动都大大降低，因此也不用增加输出滤波器。

高压变频器内部原理示意图如下：

图3　高压变频器内部原理系统示意图

改造内容

变频器柜由旁路刀闸柜、变压器柜和单元柜组成。高压电源由二循6KV高压开关柜供电，控制电源380V取自二循低压回路，压力变送器由增上的220VAC/24VDC开关电源供电。原高压柜的二次控制回路不能满足工频/变频的运行条件，因此对高压开关柜的二次回路进行了相应的改动，如图4所示。

图4 变频改造二次回路图

在原高压柜上增加变频/旁路转换开关SA和就地合闸按钮SB，就地合闸按钮用于变频运行时，高压柜给高压变频器送电。取消原高压柜内的DCS分、合闸回路。

当转换开关SA转到“旁路”运行时，由现场电机旁的操作柱按钮直接启、停高压开关柜断路器。

当转换开关SA转到“变频”运行时，现场电机旁的操作柱按钮只能启动/停止高压变频器，不能直接控制高压开关柜断路器。高压柜断路器的分合闸由高压开关柜按钮SB、SB2实现。

增加了变频器跳闸回路，变频器故障直接通过综保器完成高压断路器跳闸。高压变频器内置保护功能完善，有过电压、过电流、欠电压、缺相、变频器过载、变频器过热、电机过载、输出接地、输出短路等保护功能，隔离变压器的各种保护完备，变频器带转速跟踪再起动功能。

节能情况

经过24小时的运转和监控，得出了如下数据：

表1 改造前后运行数据对比表

通过对比可以看出在变频工况下运行电机电流降低14.5A，有功功率降低162kW，功率因数提高0.16，24小时节电3800KWH。照此推算一年可节电138.7万度，按0.6元/度电，一年可节约电费约83.2万元，仅电费一项不到一年半即可收回投资，另外由于设备运行频率降低和系统压力降低，可大幅减少设备维护量，减少循环水的用量和浪费及补水量，经济效益也是相当可观的。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“高压变频器在循环水系统的应用”，作者为徐洪涛。）