DANFOSS軟啟動器在低壓大功率水庫泵站中的應(yīng)用

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)備進行合理改造，以發(fā)揮最高的工作效能，是當前需要重點解決的問題。
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重。為了降低運行成本，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)和電機軟啟動器對原設(shè)備進行改造。

二、 工作原理及改造方案：

1. 控制原理
　 電機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。例如滿載啟動風機水泵等變轉(zhuǎn)矩負載、實現(xiàn)電機軟停止、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)專家一起進行了模擬試驗，最終決定采用1臺軟啟動器帶多臺電機的方案。同時，也為了最大限度地保障設(shè)備無故障連續(xù)運行，對原自耦啟動柜進行了改造，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。軟停止控制策略則正好相反，首先要將原自耦柜中的運行接觸器斷開，電機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，將電機慢慢停下來，最后軟啟動器退出，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)外優(yōu)質(zhì)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和擴展以及與其他泵站保持統(tǒng)一的通訊接口，為今后連接上位機監(jiān)控做好準備等。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：
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；
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)定的啟動電流值作最快速的啟動，啟動完成的邏輯判別也更合理。
水泵電機型號為JS137-6，280kW，493A，983rpm。泵站由兩路高壓進線供電，每路帶3臺電機。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，每臺軟啟動器負責3臺電機的軟啟動和軟停止。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，最后軟啟動器發(fā)出運行信號。


圖3

三、參數(shù)設(shè)置

四、程序設(shè)計

　　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：

　　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行的，所以事前一定要制訂詳細的施工計劃，要求工程公司具備：　
－　有強大的技術(shù)實力
－　有能力協(xié)調(diào)大量的材料，設(shè)備定貨，運輸和進貨等問題
－　有相應(yīng)工程的設(shè)計，施工經(jīng)驗
－　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，運行時間最好不要超過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了，這時因為是滿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；最后通過試驗，總結(jié)數(shù)據(jù)，得出最佳的控制方式和控制參數(shù)，就可以投入試運營了。
另外低壓大功率電機的配電較為緊湊，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)試時的故障機會。

六、運行效果及意義：

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；軟停止時電流最大不超過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)計和改造帶來非常深遠的意義：
1. 由于使用軟啟動器已能實現(xiàn)水泵電機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功能，并有內(nèi)在的零電流開關(guān)特性，使得電動機的保護得到了加強，同時大大減少了接觸器的損耗；
4. 此類系統(tǒng)因為有PLC作為主控制器，以后可以進一步擴展功能。

七、結(jié)束語：

由于采用了先進的PLC和電機軟啟動器，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)。
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