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(shè)規(guī)模10萬(wàn)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(xiàng)工程建設(shè)。項(xiàng)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(chǎng)環(huán)境和工藝介紹

a.現(xiàn)場(chǎng)溫度：-2-35度之間

b.現(xiàn)場(chǎng)濕度：現(xiàn)場(chǎng)濕度一般

c.有無(wú)粉塵：無(wú)

d.現(xiàn)場(chǎng)變頻器型號(hào)：

e.負(fù)載設(shè)備名稱：取水泵

f.電機(jī)信息：普通異步鼠籠式

g.負(fù)載電流范圍：0～25A

h.輸入電壓范圍：10KV±10%

i.海拔高度：設(shè)備安裝于海拔1000米以下

現(xiàn)場(chǎng)照片：

3.變頻驅(qū)動(dòng)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(tái)水泵的直接帶載啟動(dòng)。選擇一拖一帶隔離自動(dòng)旁路方案，一方面可保證變頻器在故障停機(jī)或檢修時(shí)可通過(guò)高壓真空接觸器直接自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行；另一方面還可在水量不足時(shí)利用變頻器的軟啟功能通過(guò)一鍵操作將水泵拖動(dòng)切換為50HZ工頻電網(wǎng)運(yùn)行。該回路系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，便于操作和維護(hù)。一次回路圖如下所示：

圖1 一拖一帶隔離自動(dòng)切換方案

拖一帶隔離自動(dòng)旁路柜是由三個(gè)真空接觸器KM1、KM2、KM3和兩個(gè)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(yùn)行。刀閘QS1、QS2無(wú)機(jī)械閉鎖功能，只是在檢修時(shí)由手動(dòng)斷開以形成明顯的斷開點(diǎn)，確保工作人員的安全，在工頻和變頻運(yùn)行狀況下均處于閉合狀態(tài)；

1)在變頻運(yùn)行狀況下，KM1、KM2閉合，KM3斷開。

如需自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行時(shí)，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(jī)切換至工頻側(cè)，使電機(jī)工頻運(yùn)行；

2)在工頻旁路運(yùn)行狀況下，KM3閉合，KM1、KM2斷開。

如需自動(dòng)切換至變頻運(yùn)行時(shí)，先閉合KM1，待變頻器到就緒狀態(tài)后，斷開KM3，閉合KM2，使電機(jī)切換至變頻側(cè)，電機(jī)投入變頻運(yùn)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(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)?？刂乒耖T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、上位機(jī)或操作箱實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的操作和監(jiān)控。標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)總線通訊。

該項(xiàng)目為實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的運(yùn)行和監(jiān)控模式，采用MODBUS通信，將取水泵變頻器信號(hào)直接接至廠內(nèi)DCS系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)大的綜合控制和高自動(dòng)化的操作和管理能力，現(xiàn)場(chǎng)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(hào)等全部采集至DCS系統(tǒng)通過(guò)PLC編程和組態(tài)軟件進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行人機(jī)交互，水廠可完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人化24小時(shí)長(zhǎng)期運(yùn)行。

4.英威騰變頻器原理和特點(diǎn)

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(shù)，直接“高-高”式，10KV進(jìn)，10KV出，中間無(wú)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(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。

圖4 單元串聯(lián)多電平方案

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：功率單元自帶電子式旁路功能，可通過(guò)設(shè)置不同的旁路方式滿足現(xiàn)場(chǎng)在高要求工況下的降額運(yùn)行不停機(jī)。

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，利用電解電容的儲(chǔ)能特點(diǎn)，水泵在電網(wǎng)高壓失電可保持1秒內(nèi)不停機(jī)。風(fēng)機(jī)最大可保持5秒。完全滿足現(xiàn)場(chǎng)變切工需求或者上端母線雙電源的及時(shí)切換。

4）獨(dú)有節(jié)能運(yùn)行模式。通過(guò)觸摸屏軟件設(shè)置可根據(jù)需求對(duì)普通風(fēng)機(jī)水泵的自由啟停和分時(shí)段的不同頻率運(yùn)行進(jìn)行私人定制。

5.結(jié)束語(yǔ)

作為南水北調(diào)的標(biāo)桿形象工程，該水廠采用了國(guó)內(nèi)工控和電氣傳動(dòng)行業(yè)領(lǐng)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(qiáng)大的無(wú)沖擊軟啟和通信兼容功能實(shí)現(xiàn)了水廠關(guān)鍵設(shè)備的免維護(hù)運(yùn)行和人工智能調(diào)節(jié)管理。國(guó)內(nèi)工業(yè)控制和電氣傳動(dòng)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(jìn)一步推波助瀾。