1336 PLUS II變頻器的同步切換應(yīng)用

摘要：一臺1336 PlusII變頻器加一個同步切換控制器實現(xiàn)對一個泵站三臺水泵的控制，保證切換擾動電流<1.8 INP。
關(guān)鍵詞：群控電機 變頻控制 同步切換
西泌河提水工程，是貴州省晴隆縣的重要供水工程。水源取自于貴州南盤江支流的西泌河，從而叫西泌河工程。該工程提水總揚程為887米，分五級泵站提水。每級泵站安裝有三臺75KW提水泵。五級泵站均分布于山壑之間，為實現(xiàn)五級泵站無人值守，每個泵站配置MicroLogix 1500可編程控制器對全站實行控制，選用一臺羅克韋爾自動化A-B 1336 Plus II變頻器加同步切換控制器對三臺提水泵進(jìn)行起/停和調(diào)速，實現(xiàn)各級泵站的水位調(diào)節(jié)，保證水廠的連續(xù)生產(chǎn)。水廠設(shè)有系統(tǒng)中心控制室對整個提水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)通信采用無線數(shù)傳方式。工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

除一級泵站外，每一級泵站均建有一個儲水池作兩級泵站之間的緩沖作用。
根據(jù)實際的地理環(huán)境和系統(tǒng)通信的要求， 5#站作為系統(tǒng)通信的樞紐站（中轉(zhuǎn)站），它除完成本站的控制外，要將其他四級泵站的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)傳送到水廠中心控制室。
1. 泵站控制結(jié)構(gòu)
為可靠運行與節(jié)約投資，泵站采用一臺變頻器對三臺水泵的控制模式。其控制系統(tǒng)方案如圖2。

變頻器型號為1336F-B100-AA-EN-L4-HAS2。三臺水泵的電機（D1、D2、D3）只能用變頻器啟動。通過開關(guān)K1、K3、K5分別選擇控制水泵D1、D2、D3。當(dāng)K1合上時，變頻器啟動1#水泵，開關(guān)K3合上時，變頻器啟動2#水泵，開關(guān)K5合上時，變頻器啟動3#水泵。
D1、D2、D3的另一路電源由電網(wǎng)供給。電網(wǎng)直接供電的運行方式由開關(guān)K2、K4、K6分別控制。 變頻器接受PLC的控制啟動與仃機命令。
PLC對水泵啟動/仃機的規(guī)則是：
任何水泵只能變頻啟動而不能直接啟動。
不能同時啟動二臺水泵；
變頻運行正常時水泵才允許切換為電網(wǎng)直接供電。
按自動控制的要求順序啟動/仃止水泵。
為保證系統(tǒng)運行的安全，除工藝要求的安全聯(lián)鎖外，操作上設(shè)置有下列電氣縱橫聯(lián)鎖：
K1與K2，K3與K4，K5與K6均不能同時合閘叫縱向聯(lián)鎖；
K1、K3、K5不能同時有二個開關(guān)合閘叫橫向聯(lián)鎖。
K2、K4與K6不設(shè)就地合閘。
D1、D2、D3只有仃機與無故障狀態(tài)下才可能啟動操作；
1. 可編程控制器
可編程控制器（PLC）采用RockWell 自動化的MicroLogix 1500 系列控制器。它的主要功能是：
a) 采集泵站的生產(chǎn)與環(huán)境安全的全部數(shù)字、模擬信號；
b) 根據(jù)本站的儲水池水位控制水泵的啟仃；
c) 設(shè)置下列聯(lián)鎖：
D1、D2、D3只有仃機與無故障狀態(tài)下才可能啟動操作；
變頻器只能啟動D1、D2、D3中的一臺無故障電機；
切換操作只能在變頻器運行正常時才能有效。
切換對象只能是變頻器正常運行的對應(yīng)電機。
d) 與中心控制站通信。將全部數(shù)據(jù)傳送到中心控制主站，接受中心控制主站的控制指令進(jìn)行泵站的控制。
e) 泵站設(shè)備與環(huán)境的安全報警。
泵站變頻器的運行控制方式是，變頻器正常啟動一臺水泵。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷需要增加運行水泵時，或系統(tǒng)運行方式需要進(jìn)行第二臺水泵運行時，或泵站繼續(xù)提水而需要將當(dāng)前變頻器退出運行時，將當(dāng)前變頻器運行的水泵升頻到電網(wǎng)頻率下運行，然后，命令同步切換控制器進(jìn)行工頻切換，同步切換控制器接到命令后，自動捕捉變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的同步點后將水泵切換至電網(wǎng)直接供電。變頻器可再啟動第二臺水泵運行。
2. 同步切換控制器
變頻器是按控制輸出頻率自動進(jìn)行PI調(diào)節(jié)的，如果變頻器輸出控制到電網(wǎng)的頻率下運行或設(shè)置電機頻率參數(shù)情況下固定頻率運行方式時，在變頻器的調(diào)節(jié)功能下，變頻器的輸出是以電網(wǎng)電壓為基準(zhǔn)，不斷的進(jìn)行輸出頻率調(diào)節(jié)，使變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓之相位差Δψ呈圖3中的不定周期運行曲線。

貴陽兆瑞自動化系統(tǒng)有限公司研制的同步切換控制器（GWR-SY）是自動捕捉電網(wǎng)電壓與變頻器輸出電壓的同步點的變頻器運行切換裝置。
同步切換控制器（GWR-SY）具有下列功能：
a) 實時指示出電網(wǎng)與變頻器輸出電壓的相位差
。 b) 接到切換控制的命令后，自動捕捉變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的相位，達(dá)到同步時發(fā)出切換命令。
c) 可設(shè)置切換時間。切換時間T指電機由變頻器運行切換為電網(wǎng)直接供電的時間。切換時間由切換開關(guān)的斷開時間Toff和切換開關(guān)的合閘時間Ton總和。切換時間設(shè)置可保證切換擾動電流最小。
d) 系統(tǒng)切換輸入命令為一個外接的繼電器常開觸點輸入，切換輸出為一繼電器常開觸點輸出。所以切換點數(shù)不受限止。系統(tǒng)配備靈活。
e) 切換最大擾動電流為1.8 INP。
1. 切換控制應(yīng)用特點
采用一臺變頻器對群控電機的控制具有以下的優(yōu)點：
A. 充分發(fā)揮變頻器的優(yōu)越性
一個泵站的水泵配置總是遵循（N+1）原則確定的，即N臺機器能滿足最大負(fù)荷的需要，多一臺作為備用。所以，一個泵站，總裝置總是大于一的，或說它是一個并聯(lián)電機群的工作站。
變頻器節(jié)能特性主要體現(xiàn)在輕負(fù)荷及波動負(fù)荷的運行狀態(tài)。一個并聯(lián)電機群中多臺電動機并聯(lián)運行，一般是由一臺或幾臺電動機擔(dān)負(fù)系統(tǒng)基本負(fù)荷（基荷設(shè)備），因為它們負(fù)荷穩(wěn)定，電動機可由電網(wǎng)直接供電運行。另外一臺（或多臺）電動機由變頻器控制運行，擔(dān)負(fù)系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)荷 ，從而充分發(fā)揮了變頻器的經(jīng)濟(jì)性特點，節(jié)約了能源。
B. 減少建設(shè)投資
l 降低了總裝置的成本。不必要每一臺電機配備一臺變頻器，電源裝置只要一臺變頻器，其它每一臺只要多配置一個負(fù)荷開關(guān)，完全達(dá)到變頻啟動和變頻調(diào)節(jié)的功能，提高了整個泵站的運行水平。
l 節(jié)約了電氣設(shè)備的投資：異步電動機（下稱電動機）的直接啟動，啟動電流大，一般達(dá)到額定電流的6-7倍。因此，電氣設(shè)備配置必須要躲過啟動電流值。而變頻器啟動電流不超過額定電流值。從而全部電氣設(shè)備（包括：配電變壓器、專用供電線路、開關(guān)及其配電設(shè)備等）的總?cè)萘烤梢灶~定容量來選擇。較大的節(jié)約了設(shè)備投資。減少鐵耗節(jié)約了能源。
l 系統(tǒng)設(shè)備減少到最少，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，可靠性高。所以是最合理、最經(jīng)濟(jì)的方案。
l 異步電動機（下稱電動機）的直接啟動，對供電系統(tǒng)的沖擊大。增加機械磨損，縮短機械壽命。用變頻器進(jìn)行電動機的啟動，能達(dá)到平滑啟動，減少電動機啟動電流對系統(tǒng)的沖擊，延長機械壽命。
l 本工程一個泵站的變壓器容量為三臺電機額定容量的總和。它不能承受單臺水泵的直接啟動，但它可以二臺電機的變頻起動和工頻切換下正常運行。
C. 變頻器斷續(xù)運行，可延長變頻器的壽命。在定負(fù)荷情況下，隨時可切換至工頻運行，節(jié)省變頻器運行小時數(shù)。延長變頻器的運行壽命。
2. 應(yīng)用小結(jié)
A. 本工程實現(xiàn)了1336 Plus II變頻器和GWR-SY同步切換控制器之間的完美配合，在較小容量的電氣設(shè)備條件下，保證了提水泵站的二臺(或三臺)泵同時運行；
B. 同步切換控制器經(jīng)半年多的運行與實踐表明，由GWR-SY進(jìn)行切換時間的整定后，切換最大電流為切換時運行電流的1.8倍，大多數(shù)的情況下為1.2倍，在使用中得到了用戶的好評；
C. 實現(xiàn)了一次不仃止供水的變頻器故障檢修。2005年5月16日，用戶報告：出現(xiàn)一臺變頻器故障，但隔二、三小時后同樣可以啟動泵運行。現(xiàn)場采用變頻器啟動正常后，切換為工頻運行保證了供水；然后做好安全措施，在不仃泵的情況下更換了具有故障的變頻器主控制板，做到了不仃水的故障處理。
作者：林德操---男1939年11月生，1964年畢業(yè)于貴州工學(xué)院，高級工程師。1965年至1985年從事電廠熱工自動化工作，歷任車間副主任、生產(chǎn)技術(shù)科科長；1983年負(fù)責(zé)微機對火電廠鍋爐的自動控制項目獲貴州省科技進(jìn)步二等獎；1985年到貴州電力設(shè)計院，擔(dān)任計算機室主任，從事電力設(shè)計的CAD技術(shù)應(yīng)用。1999年退休，到貴陽兆瑞自動化系統(tǒng)有限公司從事自動化控制技術(shù)工作。
李 克---男，1963年12生，1984年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)航空宇航制造工程專業(yè)，高級工程師。長期從事計算機和工業(yè)自動化控制技術(shù)工作。