1前言

浙江利歐股份有限公司為中國微小型水泵行業(yè)第一家上市公司，中國最大的微型小型水泵、碎枝機系列產(chǎn)品制造商和出口商。湖南利歐泵業(yè)有限公司是利歐股份投資設(shè)立的全資子公司和工業(yè)泵生產(chǎn)基地，總投資5億元，湖南利歐以大型立式斜流泵、軸流泵、中開雙吸離心泵、多級離心泵、渣漿泵、脫硫泵、耐腐蝕化工泵及鋁業(yè)工藝流程泵為主導(dǎo)產(chǎn)品，產(chǎn)品線涵蓋二十多個產(chǎn)品系列、1000多個品種規(guī)格，廣泛應(yīng)用于水利、排灌、石油化工、化肥、礦山、冶金、電站、造紙、環(huán)保等行業(yè)的介質(zhì)輸送。公司按照ISO9001：2008質(zhì)量管理體系的要求，配備了先進的檢測、試驗設(shè)備，建立了完善的產(chǎn)品質(zhì)量管理體系。

圖1 廠容廠貌

2 水泵測試中心

湖南利歐泵業(yè)有限公司水泵測試中心，本著高起點、高科技、高水平的建設(shè)原則，建設(shè)亞洲最先進、國內(nèi)最領(lǐng)先的水泵測試中心為目的。測試中心占地面積4169m² ,水池容量13900m³(亞洲最大，全國第一)，最大起重能力80T，軌高17.5m。測試中心擁有深13.5m濕坑測試臺、深7m長26m寬10m高氣蝕干坑測試臺以及3個低氣蝕測試臺，最大并聯(lián)管道當(dāng)量直徑2.8m，最大測試流量118.000 m³/h，最高測試壓力12MPa。

測試中心動力供電采用工頻和變頻兩套運行系統(tǒng)，動力總配10kV、6kV、3kV、380V電源，工6個臺位同時進行水泵測試。變頻電源控制系統(tǒng)，可針對10kV/6kV/3kV/2300V/1140V不同電壓等級電機水泵進行6-72Hz變頻測試。

測試中心采用全自動上位機測控系統(tǒng)，布置88個現(xiàn)場探頭，可對整個測試中心全方位監(jiān)控，采用高精度檢測儀器儀表、傳感器和計算機相結(jié)合自動測控、采集、處理、分析電力參數(shù)及流體參數(shù)，測試結(jié)果可自動進行顯示、打印制表、繪制特性曲線（變速、變徑、變角），系統(tǒng)不確定度分析。中央控制室與接待室數(shù)據(jù)可同步運行顯示。

測試中心可以直接對軸流泵、斜流泵、立式蝸殼泵、雙吸中開泵、多級泵、渣漿泵、懸臂泵等各種型式水泵進行實泵性能測試，可以真實地把握水泵的出廠性能以及水泵研發(fā)效果。

圖2 測試中心

3 風(fēng)光高壓變頻電源性能參數(shù)

   3.1基本參數(shù)

    風(fēng)光高壓變頻電源系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標(biāo)。高壓變頻電源系統(tǒng)采用新IGBT功率器件，全數(shù)字化微機控制，有關(guān)電源基本參數(shù)如表1所示。

    3.2基本性能

    3.2.1性能參數(shù)

• 變頻電源為高－高結(jié)構(gòu)，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯(lián)移相式PWM方式。

• 輸出電壓等級通過設(shè)置變頻的輸出額定電壓、額定頻率等參數(shù)進行改變。

• 變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動小于0.1%?？杀苊馑么瘳F(xiàn)象。變頻電源有三組共振點頻率跳躍功能。

• 變頻裝置對輸出電纜無特殊要求，電機不會受到共模電壓和dv/dt的影響。

• 變頻系統(tǒng)具有故障定位及記錄功能。

• 變頻系統(tǒng)具有就地監(jiān)控方式和遠方監(jiān)控方式。

• 安裝、設(shè)定、調(diào)試簡便。

• 功率電路模塊化設(shè)計，維護簡單。

• 瞬時掉電再啟動功能，中性點漂移功能。

• 具有雙路控制電220VAC。

• 內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。

• 可接受和輸出4～20mA工業(yè)標(biāo)準信號。

• 完整的變頻電源參數(shù)設(shè)定功能。

3.2.2保護功能

變頻電源具有以下基本保護功能：

（1）過電壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻電源保護；此保護實際上包括了對電網(wǎng)電壓正向波動的保護。

（2）過電流保護：電機額定電流的150%，立即保護。

（3）過載保護：電機額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護。

（4）過熱保護：在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130℃、功率器件80℃），則保護。

    3.3高壓變頻電源系統(tǒng)

高壓變頻電源系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多個功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入諧波畸變小于3%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，輸出電壓諧波畸變小于2%，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。

    3.3.1電源系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

變頻電源裝置0-10kV輸出，每個系統(tǒng)共有24個功率單元，每8個功率單元串連構(gòu)成一相，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3變頻電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.2功率單元

每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用星形折邊接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，為基本的單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋， IGBT逆變橋的控制方式為PWM控制，并且有自動單元旁路功能，大大提高系統(tǒng)運行的可靠性。

3.3.3功率柜

柜內(nèi)主要對功率單元進行組合，通過每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，得到非常好的PWM波形，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用。

3.3.4控制柜

控制器采用32位高速DSP芯片，精確的算法保證電機達到最優(yōu)的運行性能。彩色嵌入式人機界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制?？刂破靼ㄒ慌_內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號(包括DCS/RS485//Modbus)的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴展控制開關(guān)量。控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，低壓部分和高壓部分完全可靠隔離，系統(tǒng)應(yīng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗電磁干擾性能。

3.3.5變壓器柜及風(fēng)機

主要包括為功率單元供電的移相變壓器，輸入側(cè)的電壓、電流檢測器件，以及溫度檢測器件溫控器。變頻電源功率柜頂部和變壓器柜頂部所配冷卻風(fēng)機。干式變壓器繞組底部也配有冷卻風(fēng)機，由溫控儀檢測變壓器繞組溫度進行控制。

3.4變頻電源主回路

 變頻電源主回路如圖4所示。變頻電源能任意拖動10kV/3500kW或6kV/3500kW電機，以及3kV/2300V/1140V等電壓等級電機水泵測試實驗。例如拖動10kV/3500kW，變頻電源參數(shù)的輸出額定電壓需設(shè)為10kV，過流保護值，輸入測試水泵電機銘牌參數(shù)。如需測試其他電壓等級的水泵電機，則只需按照設(shè)定為相應(yīng)的輸出電壓等級，及相應(yīng)參數(shù)即可。

圖4 高壓變頻電源主回路

3.5高壓變頻電源操作規(guī)程

首先要確定變頻電源拖動的水泵電機是6kV/3500kW還是10kV/3500kW，或者其他電壓等級的水泵電機。控制電送電后，除設(shè)置人機界面基本參數(shù)外，需另外設(shè)置變頻電源的輸出電壓、過流保護等參數(shù)，以及輸入電機銘牌數(shù)據(jù)后，方可送高壓電。

 3.5.1變頻啟動

（1）送控制電

將控制柜內(nèi)斷路器合上，按住UPS的開機按鈕兩秒鐘，聽到“滴”的一聲后， UPS啟動，人機界面啟動，自動進入監(jiān)控程序。

（注：UPS開啟后8#指示燈閃爍，每隔2分鐘蜂鳴一次，則說明斷路器前的220VAC火線零線顛倒或市電異常；若10#指示燈閃爍則說明電池電壓異?；虺潆姲寤螂姵負p壞，應(yīng)檢查，絕對不允許在控制電未送上的時候送高壓電）

（2）送高壓電

操作原系統(tǒng)的開關(guān)柜，將高壓電送至變頻電源的進線柜，變壓器柜上的溫控儀顯示溫度時或進線柜上的高壓帶電顯示裝置指示燈閃爍時，表示高壓電已送，3秒鐘后，進線柜中接觸器KM1閉合 ，高壓電送電完畢，變頻電源處于就緒狀態(tài)，可以根據(jù)需要開機.

（3）變頻開機

開機方式有2種：本控和外控。

如果需要本地運行，請設(shè)置為本控狀態(tài)。然后按下柜門上的【開機】按鈕或人機界面上的【變頻啟動】按鈕，變頻電源啟動，根據(jù)需要在人機界面上頻率設(shè)定框中進行設(shè)定頻率。

若需多段速運行，則進行一、二、三段速頻率的設(shè)置，使變頻電源按設(shè)定的段速頻率拖動電機運行。

如果需要遠程運行，請設(shè)置為外控狀態(tài)。在遠控DCS室操作變頻啟動按鈕，變頻電源啟動。若選擇速度段給定，則根據(jù)實際需要，選擇相應(yīng)的速度段，并設(shè)置相應(yīng)的頻率值。使變頻電源按設(shè)定的頻率拖動電機運行。

注明：輸出頻率顯示，當(dāng)變頻電源停機時顯示給定頻率的數(shù)值，開機運行后，顯示的是運行頻率的數(shù)值。

3.5.2變頻停止

正常停機：若選擇“本控”操作，按柜門上的【停機】或人機界面的【變頻停止】按鈕后，變頻電源開始按設(shè)定的下降時間進行停機，頻率降為0后，變頻電源處于待機狀態(tài)，可以根據(jù)需要再次開機。

選擇“外控”操作后選擇外控裝置的“停機”按鈕。停機過程同“本控”類似。

若是日常維護，則需斷電，先操作原系統(tǒng)切斷高壓，五分鐘后，將UPS關(guān)掉，方法是按住停機按鈕，即關(guān)閉UPS，然后將柜內(nèi)斷路器撥下，這樣控制電斷掉。

3.5.3 緊急停止

若變頻電源有故障或其他緊急情況，操作急停按鈕斷開高壓電。（嚴禁高壓電未斷的時候，切斷變頻電源的控制電源。）

4 高壓變頻電源在水泵測試臺使用效果

 該設(shè)備自投運以來，與以往類似系統(tǒng)相比，存在明顯的優(yōu)勢。如圖5所示。高壓變頻電源測試6kV電機水泵的測試界面，高壓變頻電源視在功率1800kW，有功功率1577kW，輸入電壓10.43kV，輸出電壓5.95kV，輸入電流155.1A，輸出電流182.8A，輸出頻率49.60Hz，測試實驗非常方便。高壓變頻電源現(xiàn)場運行如圖6所示。

（1）山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP38－5800高壓變頻電源所有部分裝在配電柜內(nèi)，不需要另外的電抗器、濾波器等設(shè)備裝置。體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單，現(xiàn)場配線少，調(diào)試周期短，投入生產(chǎn)快。

（2）高壓變頻電源的運行參數(shù)及各種指示在觸摸屏均有顯示。

（3）電源帶有標(biāo)準通訊接口，上位機可以通過通訊完全集控變頻電源。

（4）變頻電源非常方便實現(xiàn)測試各種電機水泵測試需求，只需設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)即可，可任意拖動10KV/6KV/3kV/2300V/1140V等電壓等級，不超過400A電流，6-72Hz水泵完成測試各種實驗。

（5）具有與進口設(shè)備同樣的的測試效果，大大降低了水泵測試成本。