1.引言

河南市某水廠作為鄭州市南水北調的主受水廠，一期供水工程建設規模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、薛店、郭店、孟莊、龍湖鎮等地群眾的用水需求，提高了城市供水安全保障能力。

2.現場環境和工藝介紹

a.現場溫度：-2-35度之間

b.現場濕度：現場濕度一般

c.有無粉塵：無

d.現場變頻器型號：

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

現場照片：

3.變頻驅動方案

3.1一次回路方案

該廠區電網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工頻電網運行。該回路系統簡潔明了，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速系統安全運行。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；

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，變頻器系統先發自由停車命令，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，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后，斷開KM3，閉合KM2，使電機切換至變頻側，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采用DSP+FPGA+ARM三核模式，內部自帶PID調節器，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。系統反應速度快，抗干擾能力強。控制柜門設置就地/遠程一鍵轉換開關。就地控制通過10.4寸觸摸屏交互式人機界面可實現各種運行參數的顯示，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對變頻器的操作和監控。標準配置為硬接線和MODBUS-RS485通訊，可以選配Profibus-DP，以太網或現場總線通訊。

該項目為實現高自動化的運行和監控模式，采用MODBUS通信，將取水泵變頻器信號直接接至廠內DCS系統進行集中控制。系統原理圖如下圖所示：

圖2 取水泵分布集中綜合監控系統圖

該控制系統利用了DCS（分布集中控制）系統強大的綜合控制和高自動化的操作和管理能力，現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系統通過PLC編程和組態軟件進一步設計優化進行人機交互，水廠可完全實現無人化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系列高壓變頻調速系統采用多重化移相多單元串聯正弦脈寬調制(SPWM)疊壓技術，直接“高-高”式，10KV進，10KV出，中間無任何升壓環節。功率模塊為交-直-交型電壓源變頻調速器。

圖3高壓變頻器系統示意圖

高壓變頻器是由多個單元串聯而成，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構如下圖所示。

圖4 單元串聯多電平方案

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場在高要求工況下的降額運行不停機。

2）全頻段轉速追蹤啟動：無論電機轉速狀態為何種狀態，能夠精準追蹤啟動可設定的允許等待時間內電源跌落等瞬時故障恢復0.1～1秒內自動啟動變頻器直接運轉頻率輸出，拖動電動機運行至設定狀態。

3）瞬停不停，利用電解電容的儲能特點，水泵在電網高壓失電可保持1秒內不停機。風機最大可保持5秒。完全滿足現場變切工需求或者上端母線雙電源的及時切換。

4）獨有節能運行模式。通過觸摸屏軟件設置可根據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.結束語

作為南水北調的標桿形象工程，該水廠采用了國內工控和電氣傳動行業領軍企業的第二代高性能DSP全數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了水廠關鍵設備的免維護運行和人工智能調節管理。國內工業控制和電氣傳動行業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的可持續發展進一步推波助瀾。