1、引言

煙臺臺海瑪努爾核電設備有限公司(THM)是煙臺市臺海集團有限公司于2006年12月15日創建的專業致力于“百萬千瓦級壓水堆核電站”回路主管道生產的企業。同時也是全國唯一一家同時具備二代和三代核電主管道生產能力的制造企業。該公司在原有的6000噸水壓機的基礎之上于2012年8月再次購進萬噸級水壓機，如圖2所示。

為了響應國家節能降耗的號召，提高生產效率和系統的穩定性，該萬噸水壓機水泵的高壓拖動電機采用全數字交流變頻調速系統來控制。高壓變頻器直接串聯于高壓電源與電機之間，對高壓拖動電機速度進行調節，進而調節水壓機所需壓力的大小。整個萬噸級水壓機系統采用集散控制系統(DCS)。通過計算機和本地控制，既大大的提高了系統的自動化程度，滿足了生產要求，節約了能源，同時提高了萬噸級水壓機系統的可靠性和運行的靈活性，降低了運行維護成本，為企業帶來更大的經濟效益。

2、萬噸水壓機的運行工況

煙臺臺海瑪努爾核電設備有限公司(THM)三期鍛造分廠新購進的萬噸級水壓機水罐分有12級水位自動檢測系統，由八臺710KW/10KV的高壓電機分別拖動1#~8#三級柱塞式往復泵往水壓機高壓水罐供水，任意一臺往復泵分別有“打壓”和“打循環”兩種狀態(“打壓”是通過閥門使水泵往高壓水罐增壓過程(電機運行在50HZ)，“打循環”是通過閥門調節水在主管道中循環的過程(電機運行在30HZ))。

當高壓水罐水位低于9級水位時，按水泵序號將水泵由“打循環”狀態提升為“打壓”;當高壓水罐水位高于9級水位時，按水泵序號將水泵由“打壓”狀態降為“打循環”狀態。整個運行過程由DCS控制，實現完全自動化的過程。

3、交流變頻調速系統方案

為了提高整個水壓機系統的安全可靠運行性，保證系統的不間斷運行。1#~8#三級柱塞往復泵既互為備用，同時也要有獨立性(方便分別檢修)。交流變頻器調速系統采用一拖一(不帶工頻旁路)方案圖3，通過高壓水罐內的壓力變送器反饋，由后臺DCS系統實現閉環控制。

圖3 變頻調速系統(一拖一不帶工頻旁路)方案

經過市場比對和產品穩定性觀察，采用森蘭SBH系列高壓變頻調速系統作為該萬噸級水壓機水泵的調速裝置。

3.1 森蘭SBH系列變頻器特性

3.1.1高—高變頻調速系統

森蘭SBH系列高壓變頻器采用“單元串聯多電平”結構，直接10KV輸入，輸出側0～10KV可調節，無需加裝升壓、降壓變壓器可直接拖動電機運行。變頻器內部每相單元串聯級數8級，其配置考慮有12.5%的冗余度。

3.1.2單元旁路功能

森蘭SBH系列高壓變頻器提供單元旁路功能。在任意單元出現故障后，變頻器自動將該單元及同層單元旁路(切除)，實現不間斷工作，提高變頻器的可靠運行性。

3.1.3轉速跟蹤功能(帶速重啟功能)

森蘭SBH系列高壓變頻器從用戶本身出發，對負載的拖動電機配備有電機轉速跟蹤起動功能。在電機未停止轉動的狀態下，自我的檢測電機的轉速，同時輸出與之相應的頻率與電壓，加快電機起動過程，減輕電機與負載的機械沖擊，并且可完全避免帶速起動過程中的沖擊電流。

3.1.4自適應性和完善的保護功能

森蘭SBH系列高壓變頻器對我國的電網適應性強，電網電壓波動在-35%～+10%范圍內不會停機，掉電30S內上電自動重啟。

同時該高壓變頻器為電動機和設備本身提供了完善的保護功能，包括過流、過壓、過載、過熱、缺相、欠壓、負荷過重等。

3.1.5無功損耗低，輸入、輸出功率因素高，諧波含量低

森蘭SBH系列高壓變頻器為電壓源型高—高變頻器，其內部大量的濾波電容為電機提供無功功率，其接入網側功率因素大于0.96(>20%負載)。該高壓變頻器的工作效率高達97.0%。

由于森蘭SBH系列高壓變頻器輸入側采用的是移相整理技術，輸入諧波小于3%，遠超國家標準要求。而在變頻器輸出側采用的是多重PWM波形疊加方式，輸出電流諧波同樣小于3%，運行過程中不會對電機絕緣性產生任何影響。

3.1.6 I/O擴展功能，控制系統自動化程度高

森蘭SBH系列高壓變頻器I/O板接口已經實現全參數化，方便外部的擴展，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現場需要。該變頻器內置PID調節器，可開環運行，也可實現閉環控制。同時可接受和輸出包括0~24mA、0~10V等多種信號。

3.1.7模塊化設置，方便安裝與維護

森蘭SBH系列高壓變頻器實現單元的模塊化，方便更換與維修。全中文的人機界面，更人性化的設計適應于不同層次水平的人員操作。

4、變頻器設備節能預算

4.1直接效益

煙臺臺海瑪努爾核電設備有限公司的萬噸級水壓機于2012年10月14日投產。正常工作狀態下有4臺往復泵會處于“打壓”狀態，而剩下的4臺往復泵處于“打循環狀態。”

根據與以往未使用變頻調速系統的水壓機比較表格如下：

表 1 未使用變頻調速系統與使用變頻調速系統參數比較表

根據上述表格可以看出水壓機安裝變頻器節能效益主要來自于“打循環”狀態。可以看出萬噸級水壓機變頻調速系統節電率在18.5%左右，節電效果明顯。

4.2間接效益

4.2.1監控方便

使用變頻調速系統后，由于森蘭SBH系列變頻器自帶電動機保護功能和運行狀態監視，不需要再增加額外的電動機保護設備，減少設備投入。同時森蘭SBH系列變頻器采用全中文人機界面，顯示參數可選擇性，能同時顯示輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、運行頻率及電機轉速(理論值)。

4.2.2電機軟啟動

使用變頻調速系統后，所有八臺往復泵機組都能實現軟啟動方式，電機啟動電流遠小于額定電流，啟動時間相應的延長，對電網無較大沖擊，從而有效的減輕起動時的機械轉矩對電機的機械損傷，更好的保護電機與水泵，延長這些設備的使用壽命。

4.2.3機組運行噪音和震動減小

使用變頻調速系統后，當往復泵處于“打循環”狀態時，由于運行頻率的降低，震動及噪音同時減小，延長了設備的使用壽命。

5、結束語

煙臺臺海瑪努爾核電設備有限公司萬噸級水壓機項目采用高壓變頻調速系統，電機實現了軟啟動，整個過程實現自動化控制。同時由變頻器監視整個拖動電機組的工作狀態，適時的對拖動電機提供保護，大大的增加了系統的安全運行系數，也方便了人為的對整個系統的觀察與控制。

審核編輯：湯梓紅