吳海龍

（上海城投原水有限公司，上海 200125）

1 泵站簡(jiǎn)介

陳行車間第二輸水泵站是上海城投原水有限公司長(zhǎng)江原水廠下屬的一座大型原水輸水泵站，共配備了七臺(tái)（21#-27#）混流式輸水主泵，負(fù)責(zé)向泰和水廠、吳淞水廠、閘北水廠和凌橋水廠輸送原水，日供原水能力達(dá)166萬立方米。

2 機(jī)泵變頻改造工程概況

2.1 泵站改造簡(jiǎn)介

為了適應(yīng)城市的快速發(fā)展和原水集約化供水的要求，解決季節(jié)性和日夜供水量變化大問題，2008年，對(duì)原來三臺(tái)液阻調(diào)速機(jī)泵進(jìn)行了變頻改造和計(jì)算機(jī)（DCS）在線操控的技術(shù)改造，改造后，泵站主機(jī)泵配置和主要技術(shù)參數(shù)如下。

（1）21#、27#機(jī)泵，電機(jī)轉(zhuǎn)子串液阻起動(dòng)，串級(jí)調(diào)速機(jī)泵。

混流泵型號(hào)：1050VYNM；額定流量：9180m3/h；額定揚(yáng)程：52m；額定軸功率：1526kW；額定轉(zhuǎn)速：740r/min；日本EBARA泵廠。

電動(dòng)機(jī)型號(hào)：AML560L8AVAB；額定功率：1600kW；額定電壓：6000V；額定轉(zhuǎn)速：743r/min；瑞士ABB公司。

液阻控制裝置型號(hào)：（非標(biāo)定制）；額定電壓：2000V；額定電流：800A；上海先導(dǎo)電子機(jī)械技術(shù)公司。

串級(jí)調(diào)速裝置型號(hào)：KJF04-800/1000-12AB；額定功率：1000kW；額定電壓：2000V；額定電流：800A；西安藍(lán)靈電氣有限責(zé)任公司。

（2）22#、26#機(jī)泵，軟啟動(dòng)全速機(jī)泵。

混流泵型號(hào)：66LKXA-48G；額定流量：14400m3/h；額定揚(yáng)程：32.5m；額定軸功率：1716kW；額定轉(zhuǎn)速：495r/min；長(zhǎng)沙水泵廠。

電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YL1000-12；額定功率：1800kW；額定轉(zhuǎn)速：495r/min；額定電壓：6000V；上海電機(jī)廠。

軟啟動(dòng)柜型號(hào)：MVRSM18-6.3；額定功率：1800kW；額定電壓：6000V；美國BENSHAW公司。

（3）23#、24#、25#機(jī) 泵，變頻調(diào)速機(jī)泵。

混流泵型號(hào)參數(shù)同22#、26#。機(jī)泵。

電動(dòng)機(jī)型號(hào)參數(shù)同22#、26#機(jī)泵。

變頻調(diào)速裝置型號(hào)：powerflex7000； 額 定 功 率：1800kW；額定電壓：6000V；羅克韋爾（AB）自動(dòng)化有限公司。

圖1

2.2 實(shí)施改造后的效果

實(shí)施機(jī)泵的變頻改造后，有效地降低了配水單耗，取得了明顯的節(jié)能降耗效果，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。提升了機(jī)泵和管網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，擴(kuò)大了供水調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度，適應(yīng)了不同工況下的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)（DCS）的在線實(shí)時(shí)操控。

2.3 運(yùn)行中存在的問題

在實(shí)際運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速機(jī)泵在中低速區(qū)運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生無功過補(bǔ)的現(xiàn)象，造成功率因數(shù)超前，這可能會(huì)引起對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)，同時(shí)，電業(yè)部門也會(huì)對(duì)功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)的企業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的電費(fèi)處罰。

3 電流源型變頻器無功補(bǔ)償問題分析

3.1 電流源型變頻器簡(jiǎn)介

Power Flex 7000高壓變頻器，是由羅克韋爾（AB）自動(dòng)化有限公司設(shè)計(jì)制造的一款電流源型變頻器（CSI：Current Source Inverter），它采用SGCT功率器件串聯(lián)的技術(shù)，在輸入側(cè)采用SGCT進(jìn)行整流，中間用大電感進(jìn)行平波和儲(chǔ)能，逆變側(cè)采用SGCT作為開關(guān)元件，為傳統(tǒng)的兩電平結(jié)構(gòu)。

其特點(diǎn)為：工作穩(wěn)定，能將負(fù)載慣性能量回饋電網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，省去了輸入側(cè)的整流變壓器，節(jié)省了空間。但其電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較低、諧波較大，需裝接電容和電抗進(jìn)行無功補(bǔ)償和濾波，且對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)速變化大的場(chǎng)合較難進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。

3.2 無功功率過補(bǔ)償原因分析

23#、24#、25#電流源型變頻調(diào)速機(jī)泵的一次接線圖，如圖1所示。

（1）變頻器和電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

變頻調(diào)技術(shù)參數(shù)：額定功率：1800kW；額定電壓：6000V。

進(jìn)線側(cè)補(bǔ)償電容器共4臺(tái)1300kVar（3×300kVar+400kVar），電抗器一臺(tái)，L1=4.37mH。

電機(jī)側(cè)補(bǔ)償電容器共2臺(tái)800kVar（2×400Kvar），電抗器一臺(tái)L2=34.9mH。

電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：額定功率：1800kW；額定電壓：6000V；額定電流：116.7A；額定轉(zhuǎn)速：495r/min；功率因數(shù)cosφ=0.841；效率η=0.95。

（2）機(jī)泵運(yùn)行中實(shí)測(cè)計(jì)算和分析

在電網(wǎng)電壓6.3kV，調(diào)速頻率50Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速495r/min的工況條件下，測(cè)得以下數(shù)據(jù)：

變頻器輸入電壓Vi=6295V，變頻器輸入電流Ii=158A，變頻器輸入有功功率Pi=1670kW。

變頻器輸出電壓Vo=5690V，變頻器輸出電流Io=196A，變頻器輸出有功功率Po=1630kW。

通過計(jì)算分析：

變頻器輸入的有功功率為：1670kW，變頻器內(nèi)部消耗有功功率為：43kW，變頻器輸出有功功率為：1627kW，變頻器輸入的感性無功功率為：950.8kVar，變頻器內(nèi)部消耗的無功功率為：495.9kVar，變頻器輸出的感性無功功率為：454.9kVar。

當(dāng)變頻器輸入側(cè)提供的容性補(bǔ)償無功功率為：1300kVar時(shí)(1300KVar是電壓為6kV時(shí)的容量)，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)為：cosφ=0.971(滯后)。

按照這樣的感性負(fù)荷條件，只要在變頻器輸入側(cè)補(bǔ)償715kVar(6000V)的容性無功，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)就能達(dá)到cosφ=0.950(滯后)的要求。

按照以上同樣的方法可以測(cè)量計(jì)算出，在電網(wǎng)電壓6.3kv，調(diào)速頻率40Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速395r/min的工況下，當(dāng)變頻器輸入側(cè)提供的容性補(bǔ)償無功功率為1300kVar時(shí)(1300KVar是電壓為6kV時(shí)的容量)，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)為：cosφ=0.986(滯后)。

按照這樣的感性負(fù)荷條件，只要在變頻器輸入側(cè)補(bǔ)償620kVar(6300V)的容性無功，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)就能達(dá)到cosφ=0.950 (滯后)的要求。

同理，在電網(wǎng)電壓6.3kv，調(diào)速頻率35Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速345r/min的工況下，當(dāng)變頻器輸入側(cè)提供的容性補(bǔ)償無功功率為1300KVar時(shí)(1300KVar是電壓為6kV時(shí)的容量)，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)為：cosφ=0.745(超前)，變頻器向電網(wǎng)反送了容性無功：426kVar。

按照這樣的感性負(fù)荷條件，只要在變頻器輸入側(cè)補(bǔ)償400kVar(6300V)的容性無功，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)就能達(dá)到cosφ=0.950(滯后)的要求。

通過以上的計(jì)算和分析，在變頻器輸入側(cè)提供的容性補(bǔ)償無功功率為1300kVar的情況下，當(dāng)機(jī)泵運(yùn)行在高速區(qū)（495、395r/min）的情況下，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)能保持在cosφ=0.970(滯后)以上的數(shù)值。但當(dāng)機(jī)泵運(yùn)行在中速區(qū)（375r/min）的情況下，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)只能在cosφ=0.7438(超前)以下的數(shù)值并出現(xiàn)無功過補(bǔ)償現(xiàn)象。

同時(shí)，當(dāng)機(jī)泵運(yùn)行在（375～495r/min）調(diào)速區(qū)時(shí)，只要在變頻器輸入側(cè)補(bǔ)償700kVar的容性無功，變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)就能達(dá)到cosφ=0.95(滯后)以上的要求。

4 保證無功補(bǔ)償合理達(dá)標(biāo)的手段與對(duì)策

（1）根據(jù)水量的實(shí)際需求，合理地搭配機(jī)泵的運(yùn)行，優(yōu)先啟用功率因數(shù)指標(biāo)高、效率高的變頻調(diào)速機(jī)泵。在供水量大時(shí)，用全速機(jī)泵搭配變頻調(diào)速機(jī)泵，在供水量小時(shí)，啟用變頻調(diào)速機(jī)泵供水。

（2）通過廠內(nèi)6kV無功集中補(bǔ)償裝置自動(dòng)進(jìn)行無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)，并加強(qiáng)功率因數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止向電網(wǎng)倒送無功。

（3）聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)商，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備負(fù)載情況，合理地調(diào)整變頻器輸入側(cè)電容器和電抗器的參數(shù)配置。