移動應(yīng)急變頻系統(tǒng)設(shè)計

陳蘇秧，孫萬勇，邊 疆

（1.杭州職業(yè)技術(shù)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(yīng)急變頻系統(tǒng)設(shè)計

陳蘇秧1，孫萬勇2，邊 疆1

（1.杭州職業(yè)技術(shù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)急使用控制柜。該系統(tǒng)對額定功率以下的泵站應(yīng)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(yīng)急切換

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.24

0 引言

水務(wù)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(nèi)容主要包括電氣系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、水泵電機及閥門設(shè)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(nèi)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(shè)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(yīng)時效性也不好。隨著技術(shù)的進步，特別是將變頻技術(shù)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(shè)計

本系統(tǒng)增壓泵站應(yīng)急使用控制柜，它包括內(nèi)設(shè)有電源接入裝置和變頻器的變頻柜和設(shè)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(shè)有接線隔艙和艙門，接線隔艙內(nèi)設(shè)有快速接插件接口，接線隔艙艙口側(cè)方和上方分別設(shè)有側(cè)門軸座和上門軸座，艙門與側(cè)門軸座和上門軸座相適應(yīng)。30 min完成自控系統(tǒng)故障泵站的應(yīng)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(yīng)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(shè)有萬向輪。變頻柜內(nèi)設(shè)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(shè)有電源開關(guān)。控制箱設(shè)有控制電路和顯示器。控制電路由PLC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(shè)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(shè)置，控制箱內(nèi)的控制電路設(shè)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(shè)計，根據(jù)變頻柜的額定功率，對額定功率以下的泵站應(yīng)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(shè)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(shè)計考慮一定的冗余度。首先在電氣及控制回路上設(shè)計為一用一備，電氣一次回路設(shè)計見圖2，控制原理見圖3。

1.2 自動控制部分的設(shè)計

面向不同的應(yīng)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(wù)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(shè)備自動管理系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(shè)定，水泵運行設(shè)手動操作和自動操作。自動條件下，根據(jù)設(shè)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(shè)水池液位保護及閥門開關(guān)保護等前置條件，控制器接線圖見圖5。

2 運行效果

圖4 設(shè)備手自動流程

移動應(yīng)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(yīng)急使用的設(shè)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(nèi)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(shè)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(yīng)急變頻系統(tǒng)成功。

為了進一步確定移動應(yīng)急變頻系統(tǒng)的適用性，移動應(yīng)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(shè)定為3 kg，有高位水池。本次試用從設(shè)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(yīng)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(yīng)急變頻系統(tǒng)可接入現(xiàn)有VPN網(wǎng)絡(luò)，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(jié)束語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計在短時間內(nèi)完成自動控制系統(tǒng)故障泵站的應(yīng)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(yīng)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。

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〔編輯 凌 瑞〕

浙江省教育廳課題（Y201635631）。