陳蘇秧，孫萬勇，邊 疆

（1.杭州職業(yè)技術學院，浙江杭州 310018； 2.杭州水業(yè)集團泵站分公司，浙江杭州 310016）

移動應急變頻系統(tǒng)設計

陳蘇秧1，孫萬勇2，邊 疆1

（1.杭州職業(yè)技術學院，浙江杭州 310018； 2.杭州水業(yè)集團泵站分公司，浙江杭州 310016）

提出一種便攜式可移動應急變頻系統(tǒng)，可以用于泵站變頻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時作為應急使用，可使泵站盡可能快的恢復正常供水。本系統(tǒng)提供一種泵站自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，能及時安裝代替使用，自動控制系統(tǒng)修復后能立即拆卸，并且能在其他自動控制系統(tǒng)故障發(fā)生時重復使用的應急使用控制柜。該系統(tǒng)對額定功率以下的泵站應急處理都有良好的適用性，使用方便，可有效降低運營成本。

增壓泵；變頻系統(tǒng)；自動控制；應急切換

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.24

0 引言

水務系統(tǒng)供排水泵站多已實現(xiàn)無人值守遠程監(jiān)控管理，日常安排對泵站現(xiàn)場巡檢。泵站平時維修維護內容主要包括電氣系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、水泵電機及閥門設備等，這些元器件按集團要求多數(shù)有備品備件，但變頻器作為其中最重要的內容之一，又有一定的特殊性。主要表現(xiàn)為變頻器單臺價值高，拆裝繁瑣；而且泵站水泵種類繁多，不可能每個功率都做備品備件，并且電器類的備品備件每年也需要專業(yè)維護，變頻控制系統(tǒng)管理難度較大。

增壓泵站是水利系統(tǒng)主要設施之一，在給水工程中普遍使用。早期的增壓泵是人工手動控制的。這種控制方式，不但人力投入大，而且控制響應時效性也不好。隨著技術的進步，特別是將變頻技術和工業(yè)以太網(wǎng)引入增壓泵站控制后，大多數(shù)增壓泵站都實現(xiàn)了自動控制。增壓泵站大多安裝在室外，使用過程中容易發(fā)生突發(fā)故障，例如自動控制系統(tǒng)遭遇雷擊。由于自動控制系統(tǒng)維修排除故障時間的不確定性，一旦增壓泵站自動控制系統(tǒng)故障，增壓泵就不能正常工作。為了在自動控制系統(tǒng)維修期間不影響到增壓供水，就需要接入備用控制系統(tǒng)。由于增壓泵站控制系統(tǒng)涉及動力、數(shù)據(jù)采集、信號控制和數(shù)據(jù)通信等連接線，一旦接入備用控制系統(tǒng)，這些連接線都需要人工接線，不但工作量大，而且耗費時間很長。當自動控制系統(tǒng)修復后，又需要拆除備用控制系統(tǒng)，又有一個拆線、接線過程。增壓泵站自動控制系統(tǒng)從故障開始到修復整個過程

1 方案設計

本系統(tǒng)增壓泵站應急使用控制柜，它包括內設有電源接入裝置和變頻器的變頻柜和設有控制電路和顯示器的控制箱，變頻柜與控制箱通過連端帶快速接插件的連接線相連接，變頻柜和控制箱分別設有接線隔艙和艙門，接線隔艙內設有快速接插件接口，接線隔艙艙口側方和上方分別設有側門軸座和上門軸座，艙門與側門軸座和上門軸座相適應。30 min完成自控系統(tǒng)故障泵站的應急切換，方便故障系統(tǒng)的維修維護的同時，快速恢復泵站的正常運行。變頻柜和控制箱分開，通用性和互換性更好，大量減少泵站自動控制系統(tǒng)的備品備件，有效降低運營成本。

本系統(tǒng)增壓泵站應急使用控制柜包括變頻柜和控制箱（圖1）。為了方便移動，變頻柜和控制箱下端分別設有萬向輪。變頻柜內設有電源接入裝置和變頻器。變頻器從變頻柜背面輸出，與增壓泵（圖中未示）電連接。變頻柜1正面柜門設有電源開關?？刂葡湓O有控制電路和顯示器?？刂齐娐酚蒔LC模塊和外圍電路組成。顯示器安裝在控制箱正面箱門上，顯示器下方設有操作鍵盤。不同增壓泵站水泵功率大小有很多種，變頻器、控制器等元器件的備品備件嚴重占用保障資源，為了大量減少泵站自動控制系統(tǒng)的備品備件，變頻柜和控制箱分開設置，控制箱內的控制電路設計比較全，能夠適合多種增壓泵的控制，具有通用性；變頻柜1的變頻器和變頻電路可以按照增壓泵的特點設計，根據(jù)變頻柜的額定功率，對額定功率以下的泵站應急處理都有良好的適用性；適合與更多的增壓泵連接。變頻柜與控制箱通過連接端帶快速接插件的連接線相連接。使用時變頻柜1放置增壓泵附近，方便取電和與增壓泵連接；控制箱放置在方便采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的位置；連接線長度由變頻柜和控制箱之間的距離并留有余量來定，預先在兩頭做好與變頻柜和控制箱相匹配的快速接插件，到現(xiàn)場插上即可完成變頻柜和控制箱的連接。

1.1 系統(tǒng)硬件設計

考慮到需要維修項目的類別及數(shù)量的不同，本系統(tǒng)硬件設計考慮一定的冗余度。首先在電氣及控制回路上設計為一用一備，電氣一次回路設計見圖2，控制原理見圖3。

1.2 自動控制部分的設計

面向不同的應急維護對象，城鄉(xiāng)供水、城市排水工程和生態(tài)河湖工程等控制體系，實現(xiàn)水務系統(tǒng)及時、可靠、便捷的自動控制，系統(tǒng)的控制自動化是必須的，其中設備自動管理系統(tǒng)設計見圖4。

圖1 變頻柜與控制箱連接

圖2 電氣一次回路

圖3 控制原理

應急變頻系統(tǒng)主要考慮恒壓供水的實用場合，情況相對復雜。工藝需要根據(jù)來水供給清水池液位，供水壓力根據(jù)管網(wǎng)需求設定，水泵運行設手動操作和自動操作。自動條件下，根據(jù)設定的壓力變頻恒壓運行；手動條件下，系統(tǒng)工頻運行；無論工頻或變頻，運行均設水池液位保護及閥門開關保護等前置條件，控制器接線圖見圖5。

2 運行效果

圖4 設備手自動流程

移動應急變頻系統(tǒng)在梅嶺泵站，進行55 kW水泵滿負荷恒壓供水負載試驗。梅嶺泵站壓力傳感器量程12 kg，有清水池和4臺水泵，平時使用1～2臺。第一次作為現(xiàn)場應急使用的設備，從系統(tǒng)平臺到達現(xiàn)場開始，現(xiàn)場準備時間比較長。主要是找方便使用的總進線電源，區(qū)分現(xiàn)場壓力、液位等儀表信號，選擇適用的水泵等。準備工作完成后，現(xiàn)場接線20 min內完成，經(jīng)再次檢查無誤后上電試運行。梅嶺泵站平時是10 kg恒壓供水，平臺系統(tǒng)也按照這個標準設置；投用后一臺水泵壓力達不到10 kg，系統(tǒng)自動啟動第二臺水泵；跟蹤系統(tǒng)壓力曲線，系統(tǒng)很快穩(wěn)定在10 kg恒壓供水，初步確認移動應急變頻系統(tǒng)成功。

為了進一步確定移動應急變頻系統(tǒng)的適用性，移動應急變頻系統(tǒng)在王家塢泵站進行2.2 kW適用性測試。王家塢泵站為無負壓泵站，兩臺水泵；壓力傳感器量程6 kg，壓力設定為3 kg，有高位水池。本次試用從設備到達現(xiàn)場，開始檢查原自控變頻系統(tǒng)接線及信號情況到測試平臺全部接線完畢，用時＜1 h，投用后試用情況良好。

經(jīng)大小2個泵站的使用及試運行，整體使用情況良好，完全實現(xiàn)預期功能及要求；一般泵站從應急變頻系統(tǒng)到達現(xiàn)場后約1 h可使恒壓供水恢復正常。根據(jù)需要，移動應急變頻系統(tǒng)可接入現(xiàn)有VPN網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)直接傳到中控室IFIX監(jiān)控系統(tǒng)中，有中控室進行遠程操作管理。

圖5 控制器接線

3 結束語

與現(xiàn)有技術相比，本設計在短時間內完成自動控制系統(tǒng)故障泵站的應急切換，在故障系統(tǒng)的維修維護的期間，快速恢復泵站的正常運行；變頻柜和控制箱分開，根據(jù)變頻柜的額定功率，對額定功率以下的泵站應急處理都有良好的適用性；大量減少泵站自控系統(tǒng)的備品備件，特別是不同泵站水泵功率大小有很多種，變頻器、控制器等元器件的備品備件嚴重占用保障資源，可有效降低運營成本。

［1］常鋒.循環(huán)水泵電機變頻改造［J］.中國設備工程，2011（9）:57-58.

［2］吳浩.變頻器與PLC的通訊控制原理及應用分析［J］.科技創(chuàng)新與應用，2016（35）:122.

［3］侯國峰.ACS1000 變頻器在循環(huán)水泵中的應用［J］.電世界，2009（4）:192-194.

［4］趙媛媛，戶佩佩，王曉侃.基于可編程控制及虛擬儀器的變頻器控制系統(tǒng)設計［J］.農(nóng)機使用與維修，2016（3）:7-8.

［5］韓國新，盛麗娜，張軍.變頻器自動控制在1880 m3高爐循環(huán)水系統(tǒng)中的研究與應用［J］.電子測試，2013（8）:132-133.

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〔編輯 凌 瑞〕

浙江省教育廳課題（Y201635631）。