摘  要：本文通過(guò)對(duì)新疆伊寧市水利工程中實(shí)現(xiàn)變頻三臺(tái)水泵進(jìn)行一拖三無(wú)擾切換改造來(lái)分析高壓變頻器在一拖多的水泵上的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 高壓變頻器 無(wú)擾切換 水泵

1. 引言

伊寧市匹里青河水利揚(yáng)水工程為伊寧市水務(wù)局總投資2876.04萬(wàn)元，實(shí)施匹里青河供水工程，解決了潘津鄉(xiāng)、達(dá)達(dá)木圖鄉(xiāng)、園藝場(chǎng)、原種場(chǎng)以及克伯克于孜鄉(xiāng)8萬(wàn)余名農(nóng)牧民的飲水問(wèn)題，并為全市農(nóng)村供水的遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用為目的，狠抓飲水安全、防洪護(hù)堤、節(jié)水灌溉、水土保持等工程建設(shè)，讓偏遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)群眾用上了“自來(lái)水”、“放心水”，也為伊寧市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支撐和保障。

2. 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工藝介紹

a. 現(xiàn)場(chǎng)溫度：-32℃-45℃之間。供水溫度3℃-45℃時(shí)供水

b. 現(xiàn)場(chǎng)濕度：相對(duì)濕度小于65%；晝夜溫差較大，。

c. 有無(wú)粉塵：粉塵成分（灰塵），粉塵濃度小。

d. 現(xiàn)場(chǎng)變頻器型號(hào)：GD5000-A1000-10-S

e. 負(fù)載設(shè)備名稱：離心泵。

對(duì)于揚(yáng)水站的現(xiàn)場(chǎng)工藝比較簡(jiǎn)單就是用三臺(tái)功率我800KW/ 10KV的高壓水泵把水從海拔較低的河里提升到25米的渠里詳見現(xiàn)場(chǎng)照片

3. 變頻改造方案

3.1 一次回路方案

選用一拖三無(wú)擾切換，方案的優(yōu)點(diǎn)就是可最大限度避免變工頻切換時(shí)因相位角不一致引起的電流波動(dòng)對(duì)上級(jí)開關(guān)的影響和對(duì)較小變壓器容量的保護(hù)功能。切換過(guò)程對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)無(wú)沖擊；靈活的實(shí)現(xiàn)變頻切換到工頻，工頻切換到變頻。

一次回路圖如下所示：

圖3 一拖三無(wú)擾切換方案

一拖三無(wú)擾切換有接觸器：KM1、KM2、KM3；KM01、KM02、KM03；手動(dòng)刀閘QS1、勿擾卻換部分L1和KM11組成。旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)的變頻器輸出接觸器和旁路接觸器開關(guān)電氣閉鎖，同時(shí)只允許一臺(tái)變頻器進(jìn)線接觸器開關(guān)閉合、同時(shí)只允許一臺(tái)變頻器出線接觸器開關(guān)閉合，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1）電機(jī)M1變頻啟動(dòng)時(shí)QS1、KM11、KM1閉合。變頻器拖動(dòng)電機(jī)至工頻時(shí)，KM11斷開，KM01閉合此時(shí)工頻旁路電源和變頻器同時(shí)給電機(jī)供電。當(dāng)共變頻的相位角一致時(shí)KM1斷開，電機(jī)M1實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行

2）電機(jī)M2變頻啟動(dòng)時(shí)QS1、KM11、KM2閉合。變頻器拖動(dòng)電機(jī)至工頻時(shí)，KM11斷開，KM02閉合此時(shí)工頻旁路電源和變頻器同時(shí)給電機(jī)供電。當(dāng)共變頻的相位角一致時(shí)KM2斷開，電機(jī)M2實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行

3）電機(jī)M3變頻啟動(dòng)時(shí)QS1、KM11、KM3閉合。變頻器拖動(dòng)電機(jī)至工頻時(shí)，KM11斷開，KM03閉合此時(shí)工頻旁路電源和變頻器同時(shí)給電機(jī)供電。當(dāng)共變頻的相位角一致時(shí)KM3斷開，電機(jī)M3實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行

  

圖3切換電流圖

 3.2 控制模式

Goodrive5000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(wú)PG的矢量控制四種控制模式可選。系統(tǒng)反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。最多可支持1拖4。控制柜門設(shè)置就地/遠(yuǎn)程一鍵轉(zhuǎn)換開關(guān)。就地控制通過(guò)10.4寸觸摸屏交互式人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行參數(shù)的顯示，對(duì)變頻器的各種操作以及運(yùn)行和故障情況的實(shí)時(shí)記錄；遠(yuǎn)程控制可通過(guò)DCS或操作箱實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的操作和監(jiān)控。本項(xiàng)目考慮安全性采用硬線連接模式。通過(guò)中控PLC控制器的程序設(shè)計(jì)和工控機(jī)的界面組態(tài)，可方便地實(shí)現(xiàn)通風(fēng)風(fēng)量的無(wú)級(jí)平滑調(diào)節(jié)；主、備用風(fēng)機(jī)的一鍵切換；抽風(fēng)/反風(fēng)的迅速轉(zhuǎn)換；故障、運(yùn)行記錄和能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控和熱/冷備用模式及手動(dòng)/自動(dòng)方式的自由切換，從而最大限度地提高該礦通風(fēng)系統(tǒng)的控制靈活性和安全可靠程度。

運(yùn)行照片

  

現(xiàn)場(chǎng)照片

4. 英威騰變頻器原理和特點(diǎn)

4.1、英威騰變頻器原理

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(wú)PG的矢量控制四種控制模式可選。

英威騰Goodrive5000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(shù)，直接“高-高”式，功率模塊為交-直-交型電壓源變頻調(diào)速器。

圖2 高壓變頻器系統(tǒng)示意

高壓變頻器是由多個(gè)單元串聯(lián)而成，通過(guò)將多個(gè)低壓功率模塊的輸出疊加起來(lái)得到高壓輸出。高壓變頻器的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。

 

4.2、英威騰變頻器特點(diǎn)

1）同級(jí)旁路和中性點(diǎn)偏移旁路

當(dāng)某個(gè)功率單元發(fā)生故障時(shí)可自動(dòng)旁路運(yùn)行，變頻器不停機(jī)，即在每個(gè)功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當(dāng)功率單元故障時(shí)，封閉對(duì)應(yīng)功率單元IGBT的觸發(fā)信號(hào)，然后讓旁路導(dǎo)通，保證電機(jī)電流能通過(guò)，仍形成通路。為保證三相輸出電壓對(duì)稱，有的系統(tǒng)是在旁路故障功率單元的同時(shí)，另外兩相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功率單元也同時(shí)旁路。

2）全頻段轉(zhuǎn)速追蹤啟動(dòng)：無(wú)論電機(jī)轉(zhuǎn)速狀態(tài)為何種狀態(tài)，能夠精準(zhǔn)追蹤啟動(dòng)可設(shè)定的允許等待時(shí)間內(nèi)電源跌落等瞬時(shí)故障恢復(fù)0.1～1秒內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)變頻器直接運(yùn)轉(zhuǎn)頻率輸出，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行至設(shè)定狀態(tài)

3）瞬停不停，主電路掉電（1-5）s不停機(jī)，保證了因系統(tǒng)電源瞬時(shí)停電帶來(lái)設(shè)備突然停機(jī)的不良影響。

4）運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能、運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄功能、告警及故障保護(hù)功能、故障查詢功能、波形顯示功能；過(guò)載、過(guò)流保護(hù)；缺相保護(hù)；過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、超速等保護(hù)功能；

5）優(yōu)良的低頻補(bǔ)償性能（可1Hz滿扭矩輸出）。通過(guò)采用先進(jìn)的死區(qū)補(bǔ)償和低頻抑制振蕩算法，在矢量控制和V/F控制方式下，低頻時(shí)具有很好的輸出性能。并具有低頻自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能，能夠在低頻下獲得較好的低頻轉(zhuǎn)矩特性。

5. 結(jié)束語(yǔ)

采用變頻器裝置調(diào)速啟動(dòng)后，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，可以避免大電流啟動(dòng)沖擊造成對(duì)電機(jī)絕緣的影響，減少電動(dòng)機(jī)維修量，節(jié)約維修費(fèi)用，使電機(jī)壽命延長(zhǎng)，也減少了管道的振動(dòng)與磨損。平滑調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力，其獨(dú)有的特點(diǎn)更適合中國(guó)的國(guó)情，非常適用于水利工程的技術(shù)改造和升級(jí)。希望我們的產(chǎn)品產(chǎn)品更加系列化、多樣化、產(chǎn)品質(zhì)量更上一層樓更好的滿足各種工況場(chǎng)合的應(yīng)用，使其成為我國(guó)高壓大功率電動(dòng)機(jī)直接變頻調(diào)速的主導(dǎo)產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

【1】  《繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)條例》   水利電力出版社

【2】  《GD5000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)品說(shuō)明書》深圳市英威騰電氣股份有限公司

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關(guān)于英威騰：

英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的工業(yè)自動(dòng)化和能源電力領(lǐng)域的產(chǎn)品與服務(wù)提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，目前擁有15家控股子公司，分駐于全國(guó)的12大研發(fā)中心，申請(qǐng)各類專利700多件，依托于電力電子、電氣傳動(dòng)、自動(dòng)控制、信息技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，主要產(chǎn)品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、PLC、HMI、SVG、UPS、電機(jī)和電主軸、光伏逆變器、節(jié)能減排在線管理系統(tǒng)、軌道交通牽引系統(tǒng)、新能源汽車電控系統(tǒng)等。英威騰現(xiàn)有員工2000多人，大型生產(chǎn)基地3個(gè)，營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)遍布國(guó)內(nèi)及海外60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。