DANFOSS軟啟動器在低壓大功率水庫泵站中的應(yīng)用

The Application of DANFOSS Soft Starter in High Power Low VoltageReservoir Pump Work

上海市自來水市北有限公司泵站管理所

上海津信變頻器有限公司

摘要： 本文介紹了軟啟動器在低壓大功率水庫泵站中的應(yīng)用，給出了系統(tǒng)電氣原理圖，軟啟動器主要參數(shù)設(shè)定值，一臺軟啟動器驅(qū)動多臺電機(jī)軟起軟停的解決辦法及調(diào)試中要注意的主要問題。

Abstract: The paper discusses the application of soft starter inhigh power low voltage reservoir pump station, draw the systemelectric schematic, list the main setting value of Soft Starter'sparameter. It also explores the method of multi-motors driving, andgeneral information about debug.

關(guān)鍵詞： 城市供水 水泵 軟啟動器 軟啟動 軟停止

一、 引言：

城市供水系統(tǒng)的水庫泵站一般都配備大功率水庫泵及增壓泵若干臺，其良好穩(wěn)定運(yùn)行為城市居民的生活用水和社會主義工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來可靠的保證。目前，很多現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)趨于老化，日常維修工作量大，控制原理也較為落后。如何在不增加大量投資的前提下對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行合理改造，以發(fā)揮高的工作效能，是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。

    上海自來水公司市北泵站管理所下屬真北泵站共有三臺280kW增壓泵和三臺280kW水庫泵。均采用自耦啟動柜進(jìn)行啟動，啟動電流大，并且隨著設(shè)備的長期使用，開關(guān)元件及出水閥門的損耗比較嚴(yán)重。為了降低運(yùn)行成本，減少設(shè)備損耗，提高管理水平，決定采用PLC自動控制系統(tǒng)和電機(jī)軟啟動器對原設(shè)備進(jìn)行改造。

二、 工作原理及改造方案：

1. 控制原理

　 電機(jī)啟動器決定使用軟啟動器。軟啟動器的基本原理如圖1所示，通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制輸出電壓。因此，軟啟動器從本質(zhì)上是一種能夠自動控制的降壓啟動器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓啟動方式（如串電阻啟動，自耦變壓器啟動等）有更多優(yōu)點(diǎn)。例如滿載啟動風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟停止、應(yīng)用于水泵能完全消除水錘效應(yīng)等。　　

    目前，國內(nèi)外的電機(jī)軟啟動器控制系統(tǒng)一般都采用1臺軟啟動器配1臺電機(jī)的控制方案，為了節(jié)省投資，經(jīng)過多方論證，并且與上海津信變頻器有限公司的技術(shù)專家一起進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，終決定采用1臺軟啟動器帶多臺電機(jī)的方案。同時，也為了大限度地保障設(shè)備無故障連續(xù)運(yùn)行，對原自耦啟動柜進(jìn)行了改造，保留原來自耦啟動的全部功能，并且利用原自耦柜中的運(yùn)行接觸器，作為軟啟動器的旁路接觸器，在軟啟動器啟動完畢后將其旁路，以便軟啟動器可以繼續(xù)控制其他的電機(jī)。軟停止控制策略則正好相反，首先要將原自耦柜中的運(yùn)行接觸器斷開，電機(jī)切換到由軟啟動器控制，然后啟動軟啟動器的軟停止功能，逐漸減小輸出電壓，將電機(jī)慢慢停下來，后軟啟動器退出，等待接受下一個啟動或停止操作。

2. 系統(tǒng)組成框圖：

　圖2為單路進(jìn)線的主回路接線圖

圖2

3. 主要設(shè)備選型：

　　供水系統(tǒng)關(guān)系到千家萬戶，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選型要考慮其可靠性以及產(chǎn)品制造商的資信，使系統(tǒng)在正常工作條件下，盡可能做到萬無一失。但同時又要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此在設(shè)備的配備上對主要關(guān)鍵性設(shè)備盡可能選用國內(nèi)外上等產(chǎn)品，對一些不影響系統(tǒng)性能及可靠性的輔助設(shè)備，可選用價廉物美的產(chǎn)品，以提高整個系統(tǒng)的性價比。

3.1 可編程序控制器（PLC）選型

　　PLC是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，選型的時候除了要滿足以上要求之外，還要考慮到今后的維護(hù)和擴(kuò)展以及與其他泵站保持統(tǒng)一的通訊接口，為今后連接上位機(jī)監(jiān)控做好準(zhǔn)備等。綜合考慮之后，決定采用ROCKWELL的SLC500系列PLC。

3.2 軟啟動器選型：

選用丹麥丹佛斯工業(yè)有限公司生產(chǎn)的MCD3000型工業(yè)軟啟動器，該產(chǎn)品具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

1. 有專用的旁路接線端子，在旁路時還有電流監(jiān)控，能作過載保護(hù)；

2. 丹佛斯軟啟動器有1帶多的專有功能，特別適用于此次改造；

3. 丹佛斯軟啟動器有內(nèi)置的軟停止功能；

4. 丹佛斯軟啟動器是真正的恒電流閉環(huán)控制，能以設(shè)定的啟動電流值作快速的啟動，啟動完成的邏輯判別也更合理。

    水泵電機(jī)型號為JS137-6，280kW，493A，983rpm。泵站由兩路高壓進(jìn)線供電，每路帶3臺電機(jī)。因此決定采用2臺300 kW軟啟動器（型號為MCD3300），每路電源接1臺軟啟動器，每臺軟啟動器負(fù)責(zé)3臺電機(jī)的軟啟動和軟停止。其啟動控制原理請見圖3，啟動時完全為電流閉環(huán)控制，等到電機(jī)加速至額定轉(zhuǎn)速時，電流也降至額定電流，可控硅完全開足，后軟啟動器發(fā)出運(yùn)行信號。

圖3

三、參數(shù)設(shè)置

四、程序設(shè)計(jì)
　　采用ROCKWELL公司的RSLOGIX500編程軟件，程序框圖如下：

圖4

五、安裝調(diào)試注意事項(xiàng)：

　　現(xiàn)場安裝和調(diào)試是在不影響整個泵站正常供水的情況下進(jìn)行的，所以事前一定要制訂詳細(xì)的施工計(jì)劃，要求工程公司具備：　

－　有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力

　　?。∮心芰f(xié)調(diào)大量的材料，設(shè)備定貨，運(yùn)輸和進(jìn)貨等問題

　　　－　有相應(yīng)工程的設(shè)計(jì)，施工經(jīng)驗(yàn)

　　　－　有良好的管理制度

這次施工就是在與調(diào)度充分協(xié)調(diào)之后，逐泵進(jìn)行的。調(diào)試時也是如此，先選在某一路電源上的3臺泵都不用的時候，對這一路的軟啟動器進(jìn)行調(diào)試；再選擇被控制的水泵，將被選中的水泵的出水閥完全關(guān)閉，以勉調(diào)試工作影響管網(wǎng)；然后開始正式調(diào)試動作，注意這時水泵是在打悶水，運(yùn)行時間好不要超過1分鐘；等這些調(diào)試工作都順利通過之后，就可以打開出水閥，作滿載軟啟動軟停止試驗(yàn)了，這時因?yàn)槭菨M載所以軟啟動的時間會比空載時的長，因此軟啟動器的參數(shù)設(shè)置要有一定的余量；后通過試驗(yàn)，總結(jié)數(shù)據(jù)，得出佳的控制方式和控制參數(shù)，就可以投入試運(yùn)營了。

另外低壓大功率電機(jī)的配電較為緊湊，因此多數(shù)調(diào)試要盡量在模擬條件下完成，以減少正式調(diào)試時的故障機(jī)會。

六、運(yùn)行效果及意義：

此套控制系統(tǒng)目前已經(jīng)在真北泵站正式投入運(yùn)行。六臺水泵的出水閥門完全打開，通常情況下對他們不再進(jìn)行操作。軟啟動器啟動電流設(shè)為330%，啟動時間約為5-6秒，供電系統(tǒng)承受的啟動沖擊電流與用自耦變壓器啟動時的相仿；軟停止時電流大不超過170%，軟停止時間約7秒，對止回閥沒有任何沖擊。系統(tǒng)從投入使用至今運(yùn)行正常。

此系統(tǒng)的成功應(yīng)用，將對今后城市供水系統(tǒng)的增壓泵站和水庫泵站設(shè)計(jì)和改造帶來非常深遠(yuǎn)的意義：

1.      由于使用軟啟動器已能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的滿載啟動和軟停止，水泵的出水閥門可以完全取消；

2.      大功率軟啟動器"一帶多"取得成功應(yīng)用，使得今后多泵泵站電機(jī)啟動控制系統(tǒng)的成本大幅度下降；

3.      軟啟動器本身具有電壓及電流保護(hù)功能，并有內(nèi)在的零電流開關(guān)特性，使得電動機(jī)的保護(hù)得到了加強(qiáng)，同時大大減少了接觸器的損耗；

4.      此類系統(tǒng)因?yàn)橛?span lang="EN-US">PLC作為主控制器，以后可以進(jìn)一步擴(kuò)展功能。

七、結(jié)束語：

由于采用了先進(jìn)的PLC和電機(jī)軟啟動器，使得原先的電氣控制得到了成功改造，整個泵站的電氣控制和管理水平上了一個新的臺階。隨著國內(nèi)外電力電子技術(shù)的不斷更新和自動化控制理論的不斷發(fā)展，相信今后將會有更多、更好的解決方案出現(xiàn)。

　　此文謹(jǐn)供同行參考，指正，如有不詳之處歡迎與我們接洽聯(lián)系。

八、參考文獻(xiàn)：

[1]. 《電氣自動化原理》，陳伯時；

[2]. 《MCD3000用戶手冊》，丹麥丹佛斯有限公司；

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