1前言

浙江利歐股份有限公司為中國(guó)微小型水泵行業(yè)第一家上市公司，中國(guó)最大的微型小型水泵、碎枝機(jī)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(jí)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(gè)產(chǎn)品系列、1000多個(gè)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(jìn)的檢測(cè)、試驗(yàn)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(cè)試中心

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

測(cè)試中心動(dòng)力供電采用工頻和變頻兩套運(yùn)行系統(tǒng)，動(dòng)力總配10kV、6kV、3kV、380V電源，工6個(gè)臺(tái)位同時(shí)進(jìn)行水泵測(cè)試。變頻電源控制系統(tǒng)，可針對(duì)10kV/6kV/3kV/2300V/1140V不同電壓等級(jí)電機(jī)水泵進(jìn)行6-72Hz變頻測(cè)試。

測(cè)試中心采用全自動(dòng)上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，布置88個(gè)現(xiàn)場(chǎng)探頭，可對(duì)整個(gè)測(cè)試中心全方位監(jiān)控，采用高精度檢測(cè)儀器儀表、傳感器和計(jì)算機(jī)相結(jié)合自動(dòng)測(cè)控、采集、處理、分析電力參數(shù)及流體參數(shù)，測(cè)試結(jié)果可自動(dòng)進(jìn)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(yùn)行顯示。

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

圖2 測(cè)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(jì)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(jī)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(jí)通過設(shè)置變頻的輸出額定電壓、額定頻率等參數(shù)進(jìn)行改變。

• 變頻裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%。可避免水泵喘振現(xiàn)象。變頻電源有三組共振點(diǎn)頻率跳躍功能。

• 變頻裝置對(duì)輸出電纜無特殊要求，電機(jī)不會(huì)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(yuǎn)方監(jiān)控方式。

• 安裝、設(shè)定、調(diào)試簡(jiǎn)便。

• 功率電路模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)簡(jiǎn)單。

• 瞬時(shí)掉電再啟動(dòng)功能，中性點(diǎn)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(chǎng)需要。

• 可接受和輸出4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

• 完整的變頻電源參數(shù)設(shè)定功能。

3.2.2保護(hù)功能

變頻電源具有以下基本保護(hù)功能：

（1）過電壓保護(hù)：檢測(cè)每個(gè)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(hù)；此保護(hù)實(shí)際上包括了對(duì)電網(wǎng)電壓正向波動(dòng)的保護(hù)。

（2）過電流保護(hù)：電機(jī)額定電流的150%，立即保護(hù)。

（3）過載保護(hù)：電機(jī)額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護(hù)。

（4）過熱保護(hù)：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(cè)，一旦超過極限溫度（變壓器130℃、功率器件80℃），則保護(hù)。

    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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多個(gè)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(duì)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(zhǔn)，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(bǔ)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(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、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(jī)。

    3.3.1電源系統(tǒng)拓?fù)?/span>結(jié)構(gòu)

變頻電源裝置0-10kV輸出，每個(gè)系統(tǒng)共有24個(gè)功率單元，每8個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。每個(gè)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(dòng)單元旁路功能，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.3.3功率柜

柜內(nèi)主要對(duì)功率單元進(jìn)行組合，通過每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，得到非常好的PWM波形，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)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(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。彩色嵌入式人機(jī)界面提供友好的全中文監(jiān)控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制?？刂破靼ㄒ慌_(tái)內(nèi)置的PLC，用于柜體內(nèi)開關(guān)信號(hào)的邏輯處理，以及與現(xiàn)場(chǎng)各種操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)(包括DCS/RS485//Modbus)的協(xié)調(diào)，并且可以根據(jù)用戶的需要擴(kuò)展控制開關(guān)量?？刂破髋c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(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。

3.3.5變壓器柜及風(fēng)機(jī)

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(cè)器件，以及溫度檢測(cè)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(jī)。干式變壓器繞組底部也配有冷卻風(fēng)機(jī)，由溫控儀檢測(cè)變壓器繞組溫度進(jìn)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(dòng)10kV/3500kW或6kV/3500kW電機(jī)，以及3kV/2300V/1140V等電壓等級(jí)電機(jī)水泵測(cè)試實(shí)驗(yàn)。例如拖動(dòng)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(hù)值，輸入測(cè)試水泵電機(jī)銘牌參數(shù)。如需測(cè)試其他電壓等級(jí)的水泵電機(jī)，則只需按照設(shè)定為相應(yīng)的輸出電壓等級(jí)，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(dòng)的水泵電機(jī)是6kV/3500kW還是10kV/3500kW，或者其他電壓等級(jí)的水泵電機(jī)?？刂齐娝碗姾?，除設(shè)置人機(jī)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(hù)等參數(shù)，以及輸入電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)后，方可送高壓電。

 3.5.1變頻啟動(dòng)

（1）送控制電

將控制柜內(nèi)斷路器合上，按住UPS的開機(jī)按鈕兩秒鐘，聽到“滴”的一聲后， UPS啟動(dòng)，人機(jī)界面啟動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)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?fù)p壞，應(yīng)檢查，絕對(duì)不允許在控制電未送上的時(shí)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(jìn)線柜，變壓器柜上的溫控儀顯示溫度時(shí)或進(jìn)線柜上的高壓帶電顯示裝置指示燈閃爍時(shí)，表示高壓電已送，3秒鐘后，進(jìn)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(jī).

（3）變頻開機(jī)

開機(jī)方式有2種：本控和外控。

如果需要本地運(yùn)行，請(qǐng)?jiān)O(shè)置為本控狀態(tài)。然后按下柜門上的【開機(jī)】按鈕或人機(jī)界面上的【變頻啟動(dòng)】按鈕，變頻電源啟動(dòng)，根據(jù)需要在人機(jī)界面上頻率設(shè)定框中進(jìn)行設(shè)定頻率。

若需多段速運(yùn)行，則進(jìn)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(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

如果需要遠(yuǎn)程運(yùn)行，請(qǐng)?jiān)O(shè)置為外控狀態(tài)。在遠(yuǎn)控DCS室操作變頻啟動(dòng)按鈕，變頻電源啟動(dòng)。若選擇速度段給定，則根據(jù)實(shí)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(dòng)電機(jī)運(yùn)行。

注明：輸出頻率顯示，當(dāng)變頻電源停機(jī)時(shí)顯示給定頻率的數(shù)值，開機(jī)運(yùn)行后，顯示的是運(yùn)行頻率的數(shù)值。

3.5.2變頻停止

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

選擇“外控”操作后選擇外控裝置的“停機(jī)”按鈕。停機(jī)過程同“本控”類似。

若是日常維護(hù)，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(jī)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(yán)禁高壓電未斷的時(shí)候，切斷變頻電源的控制電源。）

4 高壓變頻電源在水泵測(cè)試臺(tái)使用效果

 該設(shè)備自投運(yùn)以來，與以往類似系統(tǒng)相比，存在明顯的優(yōu)勢(shì)。如圖5所示。高壓變頻電源測(cè)試6kV電機(jī)水泵的測(cè)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(cè)試實(shí)驗(yàn)非常方便。高壓變頻電源現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)配線少，調(diào)試周期短，投入生產(chǎn)快。

（2）高壓變頻電源的運(yùn)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(zhǔn)通訊接口，上位機(jī)可以通過通訊完全集控變頻電源。

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

（5）具有與進(jìn)口設(shè)備同樣的的測(cè)試效果，大大降低了水泵測(cè)試成本。