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【摘 要】减温水泵变频改造作为我厂重大非标项目，从前期策划到实施完成前后近一年，期间遇到许多问题。本文是在在对解决这些问题的减温水泵变频改造和实施过程中所遇到的问题及对问题进行分析基础上，对低压变频技术在水泵上应用的认识和经验总结。
【关键词】减温水泵 变频器 高频干扰 电缆 接地
一、引言
随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量超过四千万台，装机容量超过一亿千瓦。但系统实际运行效率仅为百分之三十至百分之四十，其损耗电能占总发电量的百分之三十八以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。
变频技术用做水泵调速不但节能而且恒压控制效果非常好。我厂对外供热系统中，让蒸汽降温的方法就是将水通过减温水泵泵入蒸汽管道。因此减温水泵是供热系统中非常重要的设备，一旦减温水失去，对外供热系统必须减少蒸汽外供量，严重的时候甚至要中断对外供热。
二、减温水泵及变频器选型介绍
我厂对外供热系统蒸汽目前的最高外送工作压力为1.7兆帕以下，为了使减温水能够顺利地进入蒸汽管道，减温水泵选择上就必须是高扬程的多级泵，在设计院的建议下，最终确定了295米扬程，19吨/小时的立式离心泵。水泵电机的变频器品牌在选择时进行了详细的咨询。目前我厂使用最多且稳定性较高的低压变频器品牌是ABB和安川。在经过充分的调研并对产品价格和服务进行评估后，最终选择了安川的E1000系列水泵专用变频器。
三、变频改造实施前需要考虑的问题
很多人认为定速水泵调速运行只是在水泵前面装一台变频器就解决了，实际上并不是那么简单。变频调速改造其实是系统优化工程，当我们选择变频调速去代替定速的时候，除了看到节能、调速方便等显而易见的优势外，还必须考虑到变频带来的不利因素。
首先，需要考虑减温水泵是否需要变频控制。因为变频器本身是一种耗能的电气设备，最理想的节能方式是选择流量和扬程匹配的水泵定速运行，而不是用变频控制。但是在我厂供热系统中减温水的使用量与外供蒸汽量成正比。据统计我厂每天外供蒸汽流量峰谷比值達到1.3：1。减温水使用量的变化直接影响了减温水管路的压力，继而影响了外供蒸汽的温度，使用变频控制实现恒压供水就可以完美地解决这个问题。
其次，需要考虑变频器的安装环境。虽然现在的低压变频器的技术非常成熟、可靠。但是它作为一种发热量较高的电气设备，通风散热就成为重要的条件，这也造成了变频器自身的防护等级都不可能很高。因此厂家都要求变频器必须安装在室内或柜内，并具有良好的通风、防尘、防潮条件。因我厂供热系统的减温水泵有专用独立封闭的房间，能够达到变频器通风、防尘、防潮的安装要求。
最后，需要考虑变频器所特有的电磁干扰情况。目前变频器的变频调制方式普遍采用PWM方式，也就是控制脉宽调制，它的指导思想是将输出电压分解成很多的脉冲，调频时控制脉冲的宽度和脉冲间的间隔时间就可控制输出电压的幅值。如图1脉冲的宽度t1越大，脉冲的间隔t2越小，输出电压的平均值就越大。为了说明t1、t2和电压平均值之间的关系，我们引入了占空比的概念。所谓占空比是指脉冲宽度与一个脉冲周期的比值，用γ表示，即 。由于变频器的输出是正弦交流电，即输出电压的幅值是按正弦波规律变化，因此在一个周期内的占空比也必须是变化的，也就是说在正弦波的幅值部分，γ取大一些，在正弦波到达零处，γ取小一些，如图2。
四、变频改造实施问题现场对策
变频改造现场实施主要是考虑如何消除电磁谐波干扰的影响。
首先考虑使电动机和变频器之间的电缆接线长度尽可能短，因此将变频器安装在减温水泵房，电缆平均长度仅为12米。这是因为变频器与电机之间的接线距离较长时，电缆的电压降将导致电机转矩降低，低频率输出时尤为严重。而且，接线长度较长时，电缆上的高频漏电流会增加，从而引起变频器输出电流的增加，使变频器发生过电流跳闸，严重影响电流检出的精度。另外如果电机电缆过长，且电缆选型不当，会使电缆具有较大的电容，那么可能会造成输入电源和地之间的漏电流过大而引起跳闸。在有些变频改造项目中，如果实际运行中发现接线长度较长引起电缆上的高频漏电流过大，可以考虑降低载波频率的方法来降低电缆上的高频漏电流。减温水泵变频改造时已经提前考虑了这一问题，所以在运行中没有去降低载波频率，这样可以很好地保证频率的控制精度。
其次是考虑消除电机电缆对外的电磁泄漏。施工要求电机电缆使用导线管，铠装电缆或屏蔽电缆来屏蔽。鉴于减温水泵房敷设导线管弯头较多，施工不方便，且电缆长度较短。为此减温水泵变频改造就直接采购了变频专用屏蔽电缆如图3。
另外虽然电机电缆能与输入功率电缆共用一个电缆桥架，但是不能与控制电缆共用一个电缆桥架。为此减温水泵变频改造施工中将电机电缆放入单独制作的桥架内，使它远离输入功率电缆与控制电缆。在我厂干化机的安装过程中，曾将电机电缆和控制电缆放置在同一电缆桥架内情况。第一次试运行时，变频器启动电机后，发生严重电磁干扰，现场的许多测点信号大幅波动，试运行工作被迫中断，后将电机电缆移出桥架单独布置后干扰问题才解决。但由于电机电缆采用的是普通低压电缆，连接长度超过三十米，不可避免的出现了电磁噪声高，泄漏电流大的情况。
最后是考虑设备接地的问题。由于变频器主电路中的半导体开关器件在工作过程中将进行高速的开闭动作，变频器主电路和变频器单元外壳以及控制柜之间的漏电电流也相对变大。因此，为了防止操作者触电，必须保证变频器的接地端可靠接地。减温水泵的三台变频器就是按照图4这种最优的方式进行接地的。 五、减温水泵变频改造前后的经济效益对比
原减温水泵为两台功率132kW、流量80吨/小时、扬程335米离心泵，平时为一开一备，平均工作电流200安培。改造后的减温水泵为三台30kW，流量19吨/小时，扬程295米。平时为变频调速一开两备，工作电流20安培。
每小时节电量：
按照0.45元/ 计算，每年可节约42.2万元。
六、结论
由对外供热减温水泵变频改造总结以下：
1.对外供热减温水泵变频改造的经济性是非常明显的。
2.对外供热减温水泵变频改造前在设计、选型、电缆敷设方式上考虑比较周到，为以后改造的顺利实施打下了扎实的基础。
3.低压变频技术现在已经非常成熟，选择余地很大。
4.电缆的选择对变频改造的效果有一定的影响。
5.变频器作为一种电气设备，在系统中是一个重要节点，因此在变频策划时需要对可靠性和经济性之间的平衡做评估，必要时可增加备用设备的数量。
综上所述，变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。
参考文献：
「1」[1] 安川公司《e1000技术手册》马方磊. 联合循环机组凝结水泵变频改造的可行性分析[J].发电设备，2010（1）.
[2]黄晋营.高压凝结水泵变频改造的应用[J].广西电力，2008（2）
[3]岑帆，黄守文.凝结水泵变频改造方案探讨及效果分析[J].电机与控制应用，2009（10）
「2」 ABB公司《ACS510技术手册》
「3」梁昊《变频器国家强制性标准实施与设计选型使用技术手册》
附：作者信息
1.蔣金星，工作单位：国电浙江北仑第一发电有限公司，职务：点检员，职称：工程师，出生年月：1978年4月，联系电话：0574-86893854，13957831390，邮箱：arsin@163.com，研究方向：变配电检修
2.夏镇舟，工作单位：国电浙江北仑第一发电有限公司，职务：点检员，职称：助理工程师，出生年月：1980年4月，联系电话：0574-86892864，13958221920，邮箱：fh225811@sina.com，研究方向：机电一体化
【关键词】减温水泵 变频器 高频干扰 电缆 接地
一、引言
随着我国工业生产的迅速发展，电力工业虽然有了长足进步，但能源的浪费却是相当惊人的。据有关资料报导，我国风机、水泵、空气压缩机总量超过四千万台，装机容量超过一亿千瓦。但系统实际运行效率仅为百分之三十至百分之四十，其损耗电能占总发电量的百分之三十八以上。这是由于许多风机、水泵的拖动电机处于恒速运转状态，而生产中的风、水流量要求处于变工况运行；还有许多企业在进行系统设计时，容量选择得较大，系统匹配不合理，往往是“大马拉小车”，造成大量的能源浪费。因此，搞好风机、水泵的节能工作，对国民经济的发展具有重要意义。
变频技术用做水泵调速不但节能而且恒压控制效果非常好。我厂对外供热系统中，让蒸汽降温的方法就是将水通过减温水泵泵入蒸汽管道。因此减温水泵是供热系统中非常重要的设备，一旦减温水失去，对外供热系统必须减少蒸汽外供量，严重的时候甚至要中断对外供热。
二、减温水泵及变频器选型介绍
我厂对外供热系统蒸汽目前的最高外送工作压力为1.7兆帕以下，为了使减温水能够顺利地进入蒸汽管道，减温水泵选择上就必须是高扬程的多级泵，在设计院的建议下，最终确定了295米扬程，19吨/小时的立式离心泵。水泵电机的变频器品牌在选择时进行了详细的咨询。目前我厂使用最多且稳定性较高的低压变频器品牌是ABB和安川。在经过充分的调研并对产品价格和服务进行评估后，最终选择了安川的E1000系列水泵专用变频器。
三、变频改造实施前需要考虑的问题
很多人认为定速水泵调速运行只是在水泵前面装一台变频器就解决了，实际上并不是那么简单。变频调速改造其实是系统优化工程，当我们选择变频调速去代替定速的时候，除了看到节能、调速方便等显而易见的优势外，还必须考虑到变频带来的不利因素。
首先，需要考虑减温水泵是否需要变频控制。因为变频器本身是一种耗能的电气设备，最理想的节能方式是选择流量和扬程匹配的水泵定速运行，而不是用变频控制。但是在我厂供热系统中减温水的使用量与外供蒸汽量成正比。据统计我厂每天外供蒸汽流量峰谷比值達到1.3：1。减温水使用量的变化直接影响了减温水管路的压力，继而影响了外供蒸汽的温度，使用变频控制实现恒压供水就可以完美地解决这个问题。
其次，需要考虑变频器的安装环境。虽然现在的低压变频器的技术非常成熟、可靠。但是它作为一种发热量较高的电气设备，通风散热就成为重要的条件，这也造成了变频器自身的防护等级都不可能很高。因此厂家都要求变频器必须安装在室内或柜内，并具有良好的通风、防尘、防潮条件。因我厂供热系统的减温水泵有专用独立封闭的房间，能够达到变频器通风、防尘、防潮的安装要求。
最后，需要考虑变频器所特有的电磁干扰情况。目前变频器的变频调制方式普遍采用PWM方式，也就是控制脉宽调制，它的指导思想是将输出电压分解成很多的脉冲，调频时控制脉冲的宽度和脉冲间的间隔时间就可控制输出电压的幅值。如图1脉冲的宽度t1越大，脉冲的间隔t2越小，输出电压的平均值就越大。为了说明t1、t2和电压平均值之间的关系，我们引入了占空比的概念。所谓占空比是指脉冲宽度与一个脉冲周期的比值，用γ表示，即 。由于变频器的输出是正弦交流电，即输出电压的幅值是按正弦波规律变化，因此在一个周期内的占空比也必须是变化的，也就是说在正弦波的幅值部分，γ取大一些，在正弦波到达零处，γ取小一些，如图2。
四、变频改造实施问题现场对策
变频改造现场实施主要是考虑如何消除电磁谐波干扰的影响。
首先考虑使电动机和变频器之间的电缆接线长度尽可能短，因此将变频器安装在减温水泵房，电缆平均长度仅为12米。这是因为变频器与电机之间的接线距离较长时，电缆的电压降将导致电机转矩降低，低频率输出时尤为严重。而且，接线长度较长时，电缆上的高频漏电流会增加，从而引起变频器输出电流的增加，使变频器发生过电流跳闸，严重影响电流检出的精度。另外如果电机电缆过长，且电缆选型不当，会使电缆具有较大的电容，那么可能会造成输入电源和地之间的漏电流过大而引起跳闸。在有些变频改造项目中，如果实际运行中发现接线长度较长引起电缆上的高频漏电流过大，可以考虑降低载波频率的方法来降低电缆上的高频漏电流。减温水泵变频改造时已经提前考虑了这一问题，所以在运行中没有去降低载波频率，这样可以很好地保证频率的控制精度。
其次是考虑消除电机电缆对外的电磁泄漏。施工要求电机电缆使用导线管，铠装电缆或屏蔽电缆来屏蔽。鉴于减温水泵房敷设导线管弯头较多，施工不方便，且电缆长度较短。为此减温水泵变频改造就直接采购了变频专用屏蔽电缆如图3。
另外虽然电机电缆能与输入功率电缆共用一个电缆桥架，但是不能与控制电缆共用一个电缆桥架。为此减温水泵变频改造施工中将电机电缆放入单独制作的桥架内，使它远离输入功率电缆与控制电缆。在我厂干化机的安装过程中，曾将电机电缆和控制电缆放置在同一电缆桥架内情况。第一次试运行时，变频器启动电机后，发生严重电磁干扰，现场的许多测点信号大幅波动，试运行工作被迫中断，后将电机电缆移出桥架单独布置后干扰问题才解决。但由于电机电缆采用的是普通低压电缆，连接长度超过三十米，不可避免的出现了电磁噪声高，泄漏电流大的情况。
最后是考虑设备接地的问题。由于变频器主电路中的半导体开关器件在工作过程中将进行高速的开闭动作，变频器主电路和变频器单元外壳以及控制柜之间的漏电电流也相对变大。因此，为了防止操作者触电，必须保证变频器的接地端可靠接地。减温水泵的三台变频器就是按照图4这种最优的方式进行接地的。 五、减温水泵变频改造前后的经济效益对比
原减温水泵为两台功率132kW、流量80吨/小时、扬程335米离心泵，平时为一开一备，平均工作电流200安培。改造后的减温水泵为三台30kW，流量19吨/小时，扬程295米。平时为变频调速一开两备，工作电流20安培。
每小时节电量：
按照0.45元/ 计算，每年可节约42.2万元。
六、结论
由对外供热减温水泵变频改造总结以下：
1.对外供热减温水泵变频改造的经济性是非常明显的。
2.对外供热减温水泵变频改造前在设计、选型、电缆敷设方式上考虑比较周到，为以后改造的顺利实施打下了扎实的基础。
3.低压变频技术现在已经非常成熟，选择余地很大。
4.电缆的选择对变频改造的效果有一定的影响。
5.变频器作为一种电气设备，在系统中是一个重要节点，因此在变频策划时需要对可靠性和经济性之间的平衡做评估，必要时可增加备用设备的数量。
综上所述，变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。
参考文献：
「1」[1] 安川公司《e1000技术手册》马方磊. 联合循环机组凝结水泵变频改造的可行性分析[J].发电设备，2010（1）.
[2]黄晋营.高压凝结水泵变频改造的应用[J].广西电力，2008（2）
[3]岑帆，黄守文.凝结水泵变频改造方案探讨及效果分析[J].电机与控制应用，2009（10）
「2」 ABB公司《ACS510技术手册》
「3」梁昊《变频器国家强制性标准实施与设计选型使用技术手册》
附：作者信息
1.蔣金星，工作单位：国电浙江北仑第一发电有限公司，职务：点检员，职称：工程师，出生年月：1978年4月，联系电话：0574-86893854，13957831390，邮箱：arsin@163.com，研究方向：变配电检修
2.夏镇舟，工作单位：国电浙江北仑第一发电有限公司，职务：点检员，职称：助理工程师，出生年月：1980年4月，联系电话：0574-86892864，13958221920，邮箱：fh225811@sina.com，研究方向：机电一体化