DANFOSS軟啟動器在低壓大功率水庫泵站中的應用

一、 引言：
　　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業(yè)生產帶來可靠的保證。目前，很多現有設備已經趨于老化，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有設備進行合理改造，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，并且隨著設備的長期使用，開關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，軟啟動器從本質上是一種能夠自動控制的降壓啟動器，由于能夠任意調節(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矩負載、實現電機軟停止、應用于水泵能完全消除水錘效應等。
　　
　圖1 軟啟動器主回路原理
　　目前，國內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，經過多方論證，并且與上海津信變頻器有限公司的技術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
　　
　
　　3. 主要設備選型：
　　供水系統(tǒng)關系到千家萬戶，系統(tǒng)的設計和設備的選型要考慮其可靠性以及產品制造商的資信，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)的經濟性，因此在設備的配備上對主要關鍵性設備盡可能選用國內外優(yōu)質產品，對一些不影響系統(tǒng)性能及可靠性的輔助設備，可選用價廉物美的產品，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)有限公司生產的MCD3000型工業(yè)軟啟動器，該產品具有以下幾個優(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。
　　
　
　　三、參數設置
　　
　
　　四、程序設計
　　采用ROCKWELL公司的RSLOGIX500編程軟件，程序框圖如下：
　　
　
　　五、 安裝調試注意事項：
　　現場安裝和調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：
　　　
　　　　　　?。∮袕姶蟮募夹g實力
　　
　　　　　　　－　有能力協(xié)調大量的材料，設備定貨，運輸和進貨等問題
　　
　　　　　　?。∮邢鄳こ痰脑O計，施工經驗
　　
　　　　　　?。∮辛己玫墓芾碇贫?br /> 　　
　　這次施工就是在與調度充分協(xié)調之后，逐泵進行的。調試時也是如此，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試；再選擇被控制的水泵，將被選中的水泵的出水閥完全關閉，以勉調試工作影響管網；然后開始正式調試動作，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設置要有一定的余量；最后通過試驗，總結數據，得出最佳的控制方式和控制參數，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，因此多數調試要盡量在模擬條件下完成，以減少正式調試時的故障機會。
　　　　
　　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)的成功應用，將對今后城市供水系統(tǒng)的增壓泵站和水庫泵站設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，并有內在的零電流開關特性，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。