1336 PLUS II變頻器的同步切換應用

摘要：一臺1336 PlusII變頻器加一個同步切換控制器實現對一個泵站三臺水泵的控制，保證切換擾動電流<1.8 INP。
關鍵詞：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行起/停和調速，實現各級泵站的水位調節，保證水廠的連續生產。水廠設有系統中心控制室對整個提水系統進行監控。系統通信采用無線數傳方式。工程系統結構如圖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。
根據實際的地理環境和系統通信的要求， 5#站作為系統通信的樞紐站（中轉站），它除完成本站的控制外，要將其他四級泵站的數據中轉傳送到水廠中心控制室。
1. 泵站控制結構
為可靠運行與節約投資，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K1、K3、K5分別選擇控制水泵D1、D2、D3。當K1合上時，變頻器啟動1#水泵，開關K3合上時，變頻器啟動2#水泵，開關K5合上時，變頻器啟動3#水泵。
D1、D2、D3的另一路電源由電網供給。電網直接供電的運行方式由開關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。
為保證系統運行的安全，除工藝要求的安全聯鎖外，操作上設置有下列電氣縱橫聯鎖：
K1與K2，K3與K4，K5與K6均不能同時合閘叫縱向聯鎖；
K1、K3、K5不能同時有二個開關合閘叫橫向聯鎖。
K2、K4與K6不設就地合閘。
D1、D2、D3只有仃機與無故障狀態下才可能啟動操作；
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) 采集泵站的生產與環境安全的全部數字、模擬信號；
b) 根據本站的儲水池水位控制水泵的啟仃；
c) 設置下列聯鎖：
D1、D2、D3只有仃機與無故障狀態下才可能啟動操作；
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電機。
d) 與中心控制站通信。將全部數據傳送到中心控制主站，接受中心控制主站的控制指令進行泵站的控制。
e) 泵站設備與環境的安全報警。
泵站變頻器的運行控制方式是，變頻器正常啟動一臺水泵。當系統負荷需要增加運行水泵時，或系統運行方式需要進行第二臺水泵運行時，或泵站繼續提水而需要將當前變頻器退出運行時，將當前變頻器運行的水泵升頻到電網頻率下運行，然后，命令同步切換控制器進行工頻切換，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電壓的同步點后將水泵切換至電網直接供電。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行PI調節的，如果變頻器輸出控制到電網的頻率下運行或設置電機頻率參數情況下固定頻率運行方式時，在變頻器的調節功能下，變頻器的輸出是以電網電壓為基準，不斷的進行輸出頻率調節，使變頻器輸出電壓與電網電壓之相位差Δψ呈圖3中的不定周期運行曲線。

貴陽兆瑞自動化系統有限公司研制的同步切換控制器（GWR-SY）是自動捕捉電網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電壓的相位，達到同步時發出切換命令。
c) 可設置切換時間。切換時間T指電機由變頻器運行切換為電網直接供電的時間。切換時間由切換開關的斷開時間Toff和切換開關的合閘時間Ton總和。切換時間設置可保證切換擾動電流最小。
d) 系統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。所以切換點數不受限止。系統配備靈活。
e) 切換最大擾動電流為1.8 INP。
1. 切換控制應用特點
采用一臺變頻器對群控電機的控制具有以下的優點：
A. 充分發揮變頻器的優越性
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，或說它是一個并聯電機群的工作站。
變頻器節能特性主要體現在輕負荷及波動負荷的運行狀態。一個并聯電機群中多臺電動機并聯運行，一般是由一臺或幾臺電動機擔負系統基本負荷（基荷設備），因為它們負荷穩定，電動機可由電網直接供電運行。另外一臺（或多臺）電動機由變頻器控制運行，擔負系統調節負荷 ，從而充分發揮了變頻器的經濟性特點，節約了能源。
B. 減少建設投資
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荷開關，完全達到變頻啟動和變頻調節的功能，提高了整個泵站的運行水平。
l 節約了電氣設備的投資：異步電動機（下稱電動機）的直接啟動，啟動電流大，一般達到額定電流的6-7倍。因此，電氣設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。從而全部電氣設備（包括：配電變壓器、專用供電線路、開關及其配電設備等）的總容量均可以額定容量來選擇。較大的節約了設備投資。減少鐵耗節約了能源。
l 系統設備減少到最少，系統結構簡單，投資少，可靠性高。所以是最合理、最經濟的方案。
l 異步電動機（下稱電動機）的直接啟動，對供電系統的沖擊大。增加機械磨損，縮短機械壽命。用變頻器進行電動機的啟動，能達到平滑啟動，減少電動機啟動電流對系統的沖擊，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. 變頻器斷續運行，可延長變頻器的壽命。在定負荷情況下，隨時可切換至工頻運行，節省變頻器運行小時數。延長變頻器的運行壽命。
2. 應用小結
A. 本工程實現了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. 同步切換控制器經半年多的運行與實踐表明，由GWR-SY進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，大多數的情況下為1.2倍，在使用中得到了用戶的好評；
C. 實現了一次不仃止供水的變頻