一、 概況
福州城門水廠為福州自來水公司下屬水廠之一，設計日供水能力10萬噸，送水泵房原配備450 kW/10 kV水泵2臺、315 kW/10 kV水泵2臺，全部定速運行。由于日夜供水流量差異較大，需要調節(jié)閥門或倒開大小水泵。由于水泵頻繁啟停帶來的沖擊，引起電機、水泵和閥門故障率增加，維修費用加大，另外也導致水壓的經(jīng)常波動，時常出現(xiàn)爆管等現(xiàn)象。另外由于水泵級差配置不是十分合理，原來為了減少開停泵次數(shù)，也經(jīng)常采用控制閥門來調節(jié)流量和水壓，造成不少能源浪費。為了穩(wěn)定供水水壓、提高供水自動化水平，節(jié)約能源，福州自來水公司決定采用變頻器對水泵作調速改造。
福州自來水公司經(jīng)過多方調研，SIEMENS、AB、ABB、ROBINCON等所有國外廠家都沒有直接10 kV的高壓變頻器，要么采用高-低方案，要么采用高-低-高變換方案，諧波大，效率低，技術上比較落后。三電平產(chǎn)品輸出電壓最高只能到4.16 kV，ROBINCON變頻器的輸出電壓也只有6 kV，無法直接適用于10 kV電網(wǎng)，并且產(chǎn)品允許的電壓波動范圍也無法滿足福州當?shù)氐碾娋W(wǎng)工況要求。北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的 HARSVERT-A10/035高壓大功率變頻器為10 kV的直接高-高型變頻器，諧波少，功率因數(shù)高，適用于普通電機，并且由于是國內產(chǎn)品，可以按照電網(wǎng)工況特殊設計，適合于中國國情，備件容易，維護簡單，于是最終決定采用國產(chǎn)HARSVERT-A10/035變頻器對4#水泵機組作調速改造。
二、 變頻器的應用方案
HARSVERT-A10/035為10 kV變頻器，直接接受10 kV高壓輸入，直接提供0-10 kV的高壓輸出。4#機組的電機為蘭州電機生產(chǎn)的450 kW/10 kV普通三相異步電動機。
圖中KM為原來4#水泵機組的10 kV高壓開關，BPQ為北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的HARSVERT-A10/035變頻器，DJ為4# 機組的450 kW/10 kV普通三相異步電動機。4#機組用變頻器調速改造時，只需斷開原高壓開關和電機之間連線，將變頻器串入即可。為了改造后對變頻器和電機實施有效保護，對KM的合分閘控制回路需要按如下要求進行改造：
KM在得到變頻器的合閘允許節(jié)點（閉合有效）后，方可合閘；
KM在得到變頻器的緊急分斷節(jié)點（閉合有效）后，必須立即分斷；
三、 變頻器的性能參數(shù)
HARSVERT-A10/035變頻器的主要性能指標如下：
變頻器容量 600 kVA
額定輸出電流 35A
輸入頻率 45Hz到55Hz
額定輸入電壓 10000V
輸入功率因數(shù) ≥0.96（大于20%負載時）
輸出頻率范圍 0.01Hz到50Hz（即：調速范圍0-100%）
變頻器效率 ≥96％
輸出頻率分辨率 0.01Hz，無級調速
過載能力 120%一分鐘，150%立即保護
由于福州市電壓波動頻繁，并且波動幅度較大，在變頻器的設計過程中，按照用戶的特殊要求，將變頻器允許的電壓波動范圍由標準的±10%提高到±15%。另外由于南方地區(qū)天氣炎熱，濕度大，變頻器設計的最大環(huán)境溫度為+45℃，以充分滿足變頻器在福州地區(qū)長期穩(wěn)定運行的需要。
變頻器有“本地”及“遠程”兩種控制方式，可以在機旁開、停電機及調節(jié)轉速；也可以在遠程的控制室通過計算機終端對水泵進行開、停電機及調轉速等操作。
變頻器對閥門實現(xiàn)聯(lián)動控制，為此需要現(xiàn)場向變頻器提供閥門狀態(tài)節(jié)點（全開、全關），變頻器對閥門輸出開閥和關閥控制信號。
變頻器具有水壓自動閉環(huán)調節(jié)功能。為此需要現(xiàn)場向變頻器提供一路反映管網(wǎng)水壓大小的模擬信號。
四、 項目實施情況
2000年7月11日，北京利德華福電氣技術有限公司和福州榕水物資供應有限公司簽定變頻器購貨合同；
2000年11月14日：變頻器運抵福州，同日完成了變頻器的卸車、開箱、吊裝和柜體安裝工作。
2001年1月19日：變頻器全部調試完畢，開始全負荷運行。
2001年1月21日：用戶技術培訓、現(xiàn)場操作培訓。
2001年1月22日：完成變頻器交接、驗收工作。
五、 變頻器運行情況
HARSVERT-A10/035變頻器雖然單體尺寸比較大，但由于所有部件包括變壓器都安裝在柜體之中，集成為一個有機的整體，不需要另辟變壓器安裝場地，現(xiàn)場安裝工作量小，總占地面積相對于其他種類的變頻器仍然較小。
變頻器投入運行后，由于電網(wǎng)側功率因數(shù)，在各種負載情況下，和工頻運行相比，電網(wǎng)側的電流都大大下降。電機的無功電流都由變頻器直接補償，根本不需要無功補償裝置。
電機和水泵采用變頻器進行調速運行后，在有效的調速區(qū)段內，運行都十分平穩(wěn)。與原來工頻運行相比，由于變頻器對電機實現(xiàn)真正的柔性啟動，啟動電流大大減小，對機組沒有任何沖擊，相應的延長了這些設備的使用壽命，大大減少了維護工作量和維護成本。
變頻器有效的水壓閉環(huán)控制功能，使水壓調節(jié)平滑可靠，轉速無波動。以前夜間在水量變化較大時，水壓的大幅度波動經(jīng)常造成爆管等現(xiàn)象，使得值班人員時刻得提高警惕，不敢稍有疏忽，除了不得不時常調節(jié)閥門外，還得經(jīng)常倒開大小水泵。采用變頻器進行水壓閉環(huán)控制后，爆管現(xiàn)象得到根本杜絕，因為爆管造成的供水中斷及損失再沒有出現(xiàn)。
由于變頻器配置了閥門聯(lián)動控制功能，在啟停水泵的過程中，變頻器能自動進行開閥關閥操作，同時許多操作都可以在值班室電腦終端上點擊鼠標來實現(xiàn)，使得水泵的啟停變得相當簡單，操作人員工作量大大減少。
在變頻器安裝調試期間，曾經(jīng)出現(xiàn)過變壓器線圈過熱、少數(shù)螺栓斷裂等現(xiàn)象，但這些問題在調試過程中都得到徹底解決。變頻器調試完成交付使用至今，運行一直十分穩(wěn)定，從未出現(xiàn)大的故障。盡管有時因為水壓反饋信號干擾太大引起水壓小幅度波動，但用戶經(jīng)過對現(xiàn)場水壓信號加強濾波，這些小問題也都基本根除。
從變頻器的運行情況看， HARSVERT-A10/035型高壓大功率變頻器性能良好，運行穩(wěn)定，簡單實用，節(jié)能及附加綜合效益都十分可觀。由于啟用了變頻器，水廠簡化了操作流程，減少了值班人員的工作量，無需值班人員人工倒泵、開閥，而且變頻器大大減少了了對電機、水泵的啟動沖擊，方便了機組的保養(yǎng)、維護，延長了電機、水泵的使用壽命，給我們帶來了一定的間接經(jīng)濟效益。