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案例頻道摘 要：本文通過對我司高壓變頻器在某水廠高壓取水泵的變頻控制來分析高壓變頻器在市政供水行業(yè)上的應用特點和優(yōu)勢。
關鍵詞：南水北調(diào) 物聯(lián)網(wǎng) 高壓變頻器 取水泵
1.引言
河南市某水廠作為鄭州市南水北調(diào)的主受水廠，一期供水工程建設規(guī)模10萬立方米/日，占地125.04畝，主要包括沉淀池、清水池、提升泵房、配電間、V型濾池、混合絮凝沉淀池等9項工程建設。項目的建成投入使用，極大滿足了鄭州城區(qū)、薛店、郭店、孟莊、龍湖鎮(zhèn)等地群眾的用水需求，提高了城市供水安全保障能力。
2.現(xiàn)場環(huán)境和工藝介紹
a.現(xiàn)場溫度： -2-35度之間
b.現(xiàn)場濕度：現(xiàn)場濕度一般
c.有無粉塵：無
d. 現(xiàn)場變頻器型號：
e. 負載設備名稱：取水泵
f. 電機信息：普通異步鼠籠式
g.負載電流范圍：0～25A
h.輸入電壓范圍：10KV±10%
i.海拔高度：設備安裝于海拔1000米以下
現(xiàn)場照片：
3.變頻驅(qū)動方案
3.1一次回路方案
該 廠區(qū)電網(wǎng)容量足夠滿足單臺水泵的直接帶載啟動。選擇一拖一帶隔離自動旁路方案，一方面可保證變頻器在故障停機或檢修時可通過高壓真空接觸器直接自動切換至 工頻運行；另一方面還可在水量不足時利用變頻器的軟啟功能通過一鍵操作將水泵拖動切換為50HZ工頻電網(wǎng)運行。該回路系統(tǒng)簡潔明了，便于操作和維護。一次 回路圖如下所示：
圖1 一拖一帶隔離自動切換方案
拖一帶隔離自動旁路柜是由三個真空接觸器KM1、KM2、KM3和兩個刀閘QS1、QS2組成。變頻器輸出真空接觸器KM2和工頻真空接觸器KM3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運行。刀閘QS1、QS2無機械閉鎖功能，只是在檢修時由手動斷開以形成明顯的斷開點，確保工作人員的安全，在工頻和變頻運行狀況下均處于閉合狀態(tài)；
1) 在變頻運行狀況下，KM1、KM2閉合，KM3斷開。
如需自動切換至工頻運行時，變頻器系統(tǒng)先發(fā)自由停車命令，再由電氣控制依次斷開KM1、KM2，然后電氣控制閉合KM3，使電機切換至工頻側(cè)，使電機工頻運行；
2) 在工頻旁路運行狀況下，KM3閉合，KM1、KM2斷開。
如需自動切換至變頻運行時，先閉合KM1，待變頻器到就緒狀態(tài)后，斷開KM3，閉合KM2，使電機切換至變頻側(cè)，電機投入變頻運行。
3.2控制模式
GD5000系列矢量型高壓變頻器控制系統(tǒng)采用DSP+FPGA+ARM三核模式，內(nèi)部自帶PID調(diào)節(jié)器，VF控制、矢量化的VF控制、有PG的矢量控制、無PG的矢量控制四種控制模式可選。 系統(tǒng)反應速度快，抗干擾能力強?？刂乒耖T設置就地/遠程一鍵轉(zhuǎn)換開關。就地控制通過10.4寸觸摸屏交互式人機界面可實現(xiàn)各種運行參數(shù)的顯示，對變頻器的各種操作以及運行和故障情況的實時記錄；遠程控制可通過DCS、上位機或操作箱實現(xiàn)對變頻器的操作和監(jiān)控。標準配置為硬接線和MODBUS-RS485通訊，可以選配Profibus-DP，以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線通訊。
該項目為實現(xiàn)高自動化的運行和監(jiān)控模式，采用MODBUS通信，將取水泵變頻器信號直接接至廠內(nèi)DCS系統(tǒng)進行集中控制。系統(tǒng)原理圖如下圖所示：
圖2 取水泵分布集中綜合監(jiān)控系統(tǒng)圖
該控制系統(tǒng)利用了DCS（分布集中控制）系統(tǒng)強大的綜合控制和高自動化的操作和管理能力，現(xiàn)場還將水泵出口閥門的開度、管道的流量、壓力和沉淀池液位信號等全部采集至DCS系統(tǒng)通過PLC編程和組態(tài)軟件進一步設計優(yōu)化進行人機交互，水廠可完全實現(xiàn)無人化24小時長期運行。
4.英威騰變頻器原理和特點
4.1、英威騰變頻器原理
英威騰GD5000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用多重化移相多單元串聯(lián)正弦脈寬調(diào)制(SPWM)疊壓技術，直接“高-高”式，10KV進，10KV出，中間無任何升壓環(huán)節(jié)。功率模塊為交-直-交型電壓源變頻調(diào)速器。
圖3 高壓變頻器系統(tǒng)示意圖
高壓變頻器是由多個單元串聯(lián)而成，通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出。高壓變頻器的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖4 單元串聯(lián)多電平方案
4.2、英威騰變頻器特點
1）同級旁路和中性點偏移旁路：功率單元自帶電子式旁路功能，可通過設置不同的旁路方式滿足現(xiàn)場在高要求工況下的降額運行不停機。
2）全頻段轉(zhuǎn)速追蹤啟動：無論電機轉(zhuǎn)速狀態(tài)為何種狀態(tài)，能夠精準追蹤啟動可設定的允許等待時間內(nèi)電源跌落等瞬時故障恢復0.1～1秒內(nèi)自動啟動變頻器直接運轉(zhuǎn)頻率輸出，拖動電動機運行至設定狀態(tài)。
3）瞬停不停，利用電解電容的儲能特點，水泵在電網(wǎng)高壓失電可保持1秒內(nèi)不停機。風機最大可保持5秒。完全滿足現(xiàn)場變切工需求或者上端母線雙電源的及時切換。
4）獨有節(jié)能運行模式。通過觸摸屏軟件設置可根據(jù)需求對普通風機水泵的自由啟停和分時段的不同頻率運行進行私人定制。
5.結(jié)束語
作 為南水北調(diào)的標桿形象工程，該水廠采用了國內(nèi)工控和電氣傳動行業(yè)領軍企業(yè)的第二代高性能DSP全數(shù)字矢量控制型高壓變頻器。利用其強大的無沖擊軟啟和通信 兼容功能實現(xiàn)了水廠關鍵設備的免維護運行和人工智能調(diào)節(jié)管理。國內(nèi)工業(yè)控制和電氣傳動行業(yè)最大的綜和解決方案提供商-英威騰電氣將為水利和市政行業(yè)的可持 續(xù)發(fā)展進一步推波助瀾。
參考文獻：
【1】《智能化水廠》 電力出版社
【2】深圳市英威騰電氣股份有限公司 《GD5000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)品說明書》
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號