談談高壓變頻器柜的安裝

連玉英

(福建意昂機電股份公司，福建 泉州 362700)

1 引言

高壓大功率變頻調速裝置隨著技術的成熟，已廣泛地應用于冶金、化工、電力、市政給水和采礦行業的各種風機、水泵、壓縮機等。特別是市政供水，電費在自來水廠甚至占制水成本的50%，采用高壓變頻器對泵類負載進行速度控制，是節能和設備經濟運行的要求，可以大幅降低自來水廠的制水成本，提高自動化程度，且有利于泵機和管網的降壓運行，減少滲漏、爆管，可以延長設備使用壽命。

福建石獅赤湖水廠設計日供水量為20萬噸，送水泵房設計4臺送水泵，分別為Q=5000m3/h，n=742r/min，H=50m，N=1000kW，2 臺;Q=2500m3/h，n=980r/min，H=50m，N=450kW，2臺。水泵配套10KV高壓電機1000kW、450kW各1臺采用變頻調速運行，按照運行工藝設計，2臺工頻電壓運行的水泵滿負荷運轉，日供水量已達到18萬噸，則這2臺變頻運行的水泵僅日供2萬噸水量，作為少量補充，隨著管網需水量的大小，管道水壓的變化，從而控制變頻水泵的轉速，及時補充供水量，維持供水管網恒壓。因此，居于這種狀況，這2臺變頻運行的水泵試長期處于變頻運轉狀態，即不會在工頻(50Hz)電壓狀況下運行，且是短時工作。圖1所示是1000kW高壓電機變頻調速系統主回路的電氣設計方案。整套變頻調速設備采用北京利德華福(BLH－系列)產品，整套裝置柜體包括變壓器柜、功率單元柜、控制柜、旁路柜，整套裝置外圍尺寸6054*1300*2870(長*寬*高)，重10噸。由于大功率高壓變頻器柜較于常見開關柜設備稍有差異，在設計、施工安裝及土建配合有些需注意的問題，下面談談，作為同行參考。

圖1

2 施工中的問題

(1)變頻器柜基礎及電纜溝需根據廠家提供的實際尺寸施工，承載力必須核算能滿足設備荷載，整套設備重10噸，且原設計的基礎槽鋼的尺寸與訂貨的設備實際尺寸不符，造成柜底電纜溝尺寸也應改變。本工程由于種種原因，按原設計圖施工的設備基礎與業主提供設備的基礎尺寸不符，以致全部返工。因為設計的柜體基礎只是參考某個廠家產品，而工程訂貨的設備未必是設計圖中參考的廠家，不同廠家，設備的外圍尺寸、基礎形式可能不同，因此變頻器柜基礎及電纜溝施工時，務必得到設備生產廠家提供圖紙后，按照該圖紙施工，以免造成返工。

(2)變頻器柜的外圍尺寸較大，重量重，對于運輸的通道寬度及地面承載力要求高。變頻器柜搬運雖然是分體搬運，但一臺變壓器柜就有5.2噸重，柜體尺寸為2400*1300*2870(長*寬*高)，需要采用吊車、叉車配合進行起重吊裝搬運就位，非人力所能搬運，所以運輸通道承載力、門洞尺寸必須符合設備重量、外圍尺寸的要求。設備訂貨時，需校對土建專業的運輸門凈內尺寸。如果變頻柜室不在外墻開門，那么搬運時可能所通過的室內通道不能及時提供工作面，影響工期，應考慮把變頻柜室臨路外墻預留搬運孔洞，土建砌筑外墻時，需配合預留，待變頻柜搬運到位，再封堵預留孔，以免影響設備安裝進度。

(3)設備整箱搬運到室內，通知業主、監理、廠家代表到現場開箱檢查，因為變頻裝置許多器件并不是整柜組裝好運輸到現場，而是散件裝箱，待現場柜體安裝完，再把零散器件進行組裝，特別是功率柜內的功率單元，是變頻器的核心器件，又是高壓電氣元件，這些功率單元器件必須由生產廠家的技術人員到現場拼裝，各個單元之間的連接電纜、銅排、器件、二次回路接線等均由廠家技術人員完成。在設備開箱檢查時，需數量、型號逐一清點，各方見證，簽字認可。免得萬一器件缺少，造成推諉。開箱后，門窗關緊加鎖，若有需要，應派人值班看護。柜體安裝完，接著由設備廠家技術人員組裝功率柜內功率單元器件、柜內一次電纜拼接、散熱風機安裝、二次回路器件接線、控制柜內的PLC控制器件的安裝等，施工單位現場配合。

(4)變頻器柜的進出線電纜敷設，由于進出線接線端子均是設在旁路柜內，高壓電纜敷設接線務必認清進出線的接線端子，不可混淆，旁路柜內有進線端子、出線端子、還有單投隔離開關、雙投隔離開關各一臺，內部接線端子很多，線路復雜，電工在接線時容易辨別不清。接線前，認真查看接線圖，接線完，仔細按圖紙與設備內部線路走向校核，不可接錯。錯誤接線現象在別的工程有出現過，萬一接線錯誤，送電后可能會發生災難性的后果。假如把電源進線端誤接到變頻器輸出端，一旦送電，就會造成變頻器的功率單元的IGBT管爆炸，同時使并聯其上的其他元器件燒毀，造成整個功率柜作廢。

(5)高壓變頻器柜的二次控制回路的電源為AC220V，PLC的電源為DC220V，還有散熱風機的電源為AC380，變頻器柜內部沒有提供這些電源，須從外部引取。可能廠家不同，電源的需要有所差別，但都是需從外部引取。現場需注意這個要求，原設計圖中往往沒有體現這些電源的引取，當設備訂貨完，仔細審查資料，與設計協調，補充設計變頻器柜的低壓交直流電源的供電回路。低壓交流電源用于控制、散熱風機回路，十分重要，建議從低壓配電室專路供電，有條件的應采用雙路電源，一用一備。直流電源可以從高壓開閉所的直流屏取得供電回路。

(6)變頻器柜工作時，發熱量很大，變壓器柜、功率柜上方自帶散熱排氣風機，并設有專用排氣管引至室外，把熱量排到室外。有的土建設計圖中沒有考慮這個功能，沒有預留排氣管通往外墻的通風口，或者有考慮，但預留的孔洞面積不足。在設備技術資料明確后，應與設計協調，根據產品的要求，留設排氣管口。在土建砌筑外墻體時，配合，預留排氣管出戶孔洞。若有預留孔洞碰到混凝土圈梁，應及時協調更改。且變頻器室應設有通風孔，免得變頻器室的空氣抽出室外，室內產生負壓，不利于散熱。這些情況在本工程施工過程中均出現過，甚至連門洞預留不夠大，造成土建返工，裝修做完，重新鑿墻，嚴重影響工程進度、影響感觀質量。

(7)高壓變頻裝置的調試。裝置自身保護十分強大，設有輸出過載、輸出過流、電網過電壓、電網欠電壓、電網失壓、直流母線過電壓、直流母線欠壓、變壓器過熱、缺相、控制電流掉電、驅動故障、功率器件過熱、散熱風機故障、外部給定掉線、接地故障、光纖故障等，自保功能十分完善。變頻裝置的內部電氣元件、一次電纜連接、二次回路的接線、自控元件的安裝均由設備廠家專業技術人員到現場安裝，所有的保護調試，試驗，整定均由設備廠家完成，并由廠家負責對使用單位的操作人員進行培訓，施工單位全程配合。

3 關于高壓電機變頻調速裝置運行無功功率補償問題

(1)圖1所示，變頻調速運行的高壓電機啟動運行流程是:高壓開關柜送電至變頻器柜，按下變頻器柜上的啟動按鈕，變頻器投入，電機啟動，開始變頻運轉。根據裝于供水管網電壓力表采樣的水壓信號，經處理轉變為電信號，輸入變頻柜的PLC微處理器處理，由PLC輸出控制信號，改變交流電源的頻率，根據n=60f(1－s)/p，電機的轉速(n)就隨著電源頻率(f)變化而改變，這就實現根據管網水壓的大小來調整水泵的轉速，按照管網需水量的大小，水泵及時補充水量，使得供水管網恒壓。

市政供水管網水壓設定壓力閾值，當管網壓力小于這個設定值，則水泵自動投入運行，開始低速運行，即變頻器輸出電壓頻率小于工頻(50Hz)，隨著水泵轉速逐漸增加，當達到設定時間，管道壓力還是達不到設定的壓力值，則變頻器退出，投切到工頻電壓運行，在旁路柜切換開關完成切換，水泵轉為額定轉速運行。管網壓力逐漸增大，那么電機轉速也隨著管網壓力的增大而逐漸減速，再而投切為變頻低速運轉，當管網壓力達到設定值，水泵自動停止運轉。變頻運行的水泵就這樣周而復始的循環運行，從而實現節約電能。

根據變頻裝置運行的流程，當電機切換到工頻電壓運轉時，同時高壓補償柜投入運行，對運轉的高壓電機進行無功功率補償。當電機退出工頻電壓運行，切換到變頻運行時，補償柜也同時退出運行。在電機變頻運行時，是不需要采用電容器進行無功功率補償。因為高壓變頻裝置設有移相變壓器，根據電路原理，這個電路中已經有無功補償的功能，無需另外設電容器進行無功補償。當電機切換到工頻電源運行時，則需投入補償柜，進行單獨無功補償。

(2)按該水廠日供水量、及供水設備長期運行的設計要求，根據工藝流程及設備運行的特性，本工程無需設置電容器無功補償裝置。因為這2臺變頻運行的水泵只補充少量的供水量，且短時工作，也就是說這2臺泵只是短時低速變頻運行，維持管道恒壓即可，不會切換到工頻電壓運行狀態，所以無需另行設置電容補償裝置給高壓電機無功補償。經我方與設計等方面探討，經過反復討論，最后取消高壓補償裝置，這樣減少上百萬投資，而且減少設備故障率，長期運行減少維護費用。

4 結束語

本工程為市政供水工程，采用變頻調速系統來控制供水泵的運行轉速，從而改變供水量，維持管道恒壓，從水廠自動化、節約能源、設備及管網的維護及減少爆管等故障等方面來說，都起到很好的效果，投入使用幾個月來，運行一切正常，效果良好。