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製來分析高壓變頻器在市政供水行業上的應用特點和優勢。

關鍵詞：南水北調 物聯網 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，主要包括沉澱池
、清水池

、提升泵房、配電間
、V型濾池、混合絮凝沉澱池等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：

配置變頻器型號	額定功率	額定電壓	額定電流	數量	旁路方式
GD5000-A0355-10-L	280kW	10kV	21A	2	一拖一帶隔離自動
GD5000-A0400-10-L	315kW	10kV	23A	2	一拖一帶隔離自動
GD5000-A0500-10-L	400kW	10kV	29A	2	一拖一帶隔離自動

e. 負載設備名稱：取水泵

f. 電機信息：普通異步鼠籠式

g.負載電流範圍：0～25A

h.輸入電壓範圍：10KV±10%

i.海拔高度：設備安裝於海拔1000米以下

現場照片：

3.變頻驅動方案

3.1一次回路方案

該gai廠chang區qu電dian網wang容rong量liang足zu夠gou滿man足zu單dan台tai水shui泵beng的de直zhi接jie帶dai載zai啟qi動dong。選xuan擇ze一yi拖tuo一yi帶dai隔ge離li自zi動dong旁pang路lu方fang案an，一yi方fang麵mian可ke保bao證zheng變bian頻pin器qi在zai故gu障zhang停ting機ji或huo檢jian修xiu時shi可ke通tong過guo高gao壓ya真zhen空kong接jie觸chu器qi直zhi接jie自zi動dong切qie換huan至zhi工gong頻pin運yun行xing；另一方麵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。該回路係統簡潔明了，便於操作和維護。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櫃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係統安全運行。刀閘QS1
、QS2無機械閉鎖功能，隻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於閉合狀態；

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，變頻器係統先發自由停車命令
，再由電氣控製依次斷開KM1、KM2，然後電氣控製閉合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後
，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控製模式

GD5000係列矢量型高壓變頻器控製係統采用DSP+FPGA+ARM三核模式
，內部自帶PID調節器，VF控製、矢量化的VF控製、有PG的矢量控製、無PG的矢量控製四種控製模式可選。係統反應速度快，抗幹擾能力強。控製櫃門設置就地/遠程一鍵轉換開關。就地控製通過10.4寸觸摸屏交互式人機界麵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

；遠程控製可通過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係統進行集中控製。係統原理圖如下圖所示：

圖2 取水泵分布集中綜合監控係統圖

   該控製係統利用了DCS（分布集中控製）係統強大的綜合控製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、壓力和沉澱池液位信號等全部采集至DCS係統通過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係列高壓變頻調速係統采用多重化移相多單元串聯正弦脈寬調製(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 高壓變頻器係統示意圖

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複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製。

5.結束語

作為南水北調的標杆形象工程，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(quan)數(shu)字(zi)矢(shi)量(liang)控(kong)製(zhi)型(xing)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)。利(li)用(yong)其(qi)強(qiang)大(da)的(de)無(wu)衝(chong)擊(ji)軟(ruan)啟(qi)和(he)通(tong)信(xin)兼(jian)容(rong)功(gong)能(neng)實(shi)現(xian)了(le)水(shui)廠(chang)關(guan)鍵(jian)設(she)備(bei)的(de)免(mian)維(wei)護(hu)運(yun)行(xing)和(he)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)調(tiao)節(jie)管(guan)理(li)。國(guo)內(nei)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)和(he)電(dian)氣(qi)傳(chuan)動(dong)行(xing)業(ye)最(zui)大(da)的(de)綜(zong)和(he)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)商(shang)-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。

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係列高壓變頻調速係統產品說明書》

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關於英威騰：

英威騰，成立於2002年，致力於成為全球領先、受人尊敬的工業自動化和能源電力領域的產品與服務提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有15家控股子公司

，分駐於全國的12大研發中心，申請各類專利700多件，依托於電力電子、電氣傳動、自動控製
、信息技術等關鍵技術，主要產品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控製係統、伺服係統
、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、節能減排在線管理係統
、軌道交通牽引係統
、新能源汽車電控係統等。英威騰現有員工2000多人，大型生產基地3個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。