高压馈线柜采用高压电缆连接高压变频器

1前言

海口米铺水厂泵房配备6台离心式泵，配备10kV高压电机，1.3.6泵扬程28m，流量3500m3/h，功率370kW；2.4.5泵扬程25m，流量3000m3/h，功率280kW。6台泵最初由工作频率控制。水厂根据调度指令启停泵，控制输入管网的水量和压力。调整范围有限，导致管网压力难以稳定，不利于水厂的高效运行和节能控制。为满足生产需要，实现管网压力平衡，水泵变频改造。

2改造需求

增加1号泵的高压变频器系统，过变频器控制泵高压电机，根据出厂水量增减和管网压力变化的需要调整电机输出频率，实现取/送水输出的稳定压力值，满足送水量变化与管网压力的平衡。

利用以下变频驱动特点：

（1）送水泵是一种重型载荷设备，启动力矩大，载荷特性为恒转矩，机械特性强，动态特性要求高。变频器具有较大的扭矩输出能力和较强的载荷能力，以确保电机在重载条件下平稳、软启动。

（2）变频器采用矢量模式或自动转矩提升模式控制，可根据泵的负载自动调整输出特性。输出频率可在线调整。

(3)变频器可实现泵的过电压、过电流和失速保护。

（4）采用交流变频和微机控制，通过检测泵电机转子电路电流变化，自动跟踪电机转速变化，控制变频器将50HZ交流电流转换为与异步电机转子电流频率相同的电势，应用于电机转子绕组，改变电机的定子和转子电流相位，提高电机功率因数，降低无功功率，大大降低定子电流。随着绕组电机转子补偿电压的逐渐升高，定子侧无功功率逐渐降低，功率因数逐渐升高，定子电流逐渐降低。当补偿电压达到一定值时，定子侧无功功率降至接近零，功率因数升至接近1。

（5）变频器可根据管网压力手动或自动调频，稳定输送管网压力，减少水泵用电，增加使用寿命。

3设备配置

1)高压馈线柜采用高压电缆连接高压变频器；2)高压变频器采用汇川HD90S-J100/630-DN(带手动旁路柜)，高压电缆连接泵电机；3)压力传感器采用西门子7MF系列压力传感器，安装在泵出口管道上；4)压力信号回到高压变频器，供高压变频器进行PID调节。

4.主回路系统。

（1）10kV电源通过高压馈线柜连接到高压变频装置，变频装置输出至高压电机。原高压柜至电机电缆改为高压柜-高压变频器-高压电机。

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(2)变频器系统设计有手动旁路柜，一旦变频器故障停止运行，可手动启动旁路柜，使电机旁路工频运行。

(3)QS2与QS3断路器信号节点互锁，无误操作，确保变频器系统安全。

(4)控制方法为给定管网压力值，变频器PID系统自动调频，实现管网压力的稳定性(详见下图)。

5.技术选型。

采用汇川HD90S-J100/630-DN单元串联多电平电压源高压变频器，其主要特点：

(1)高-高压源变频调速系统，能在低速下输出高转矩，满足转矩要求。

（2）采用速度传感器或无速度传感器矢量控制，可根据设备负载自动调整输出特性。

（3）具有过电压、过电流、欠电压、缺相、超频保护、失速保护、变频器过载、变频器过热、电机过载、输出接地、输出短路、半导体器件过热保护等保护功能。

（4）采用多个高性能微处理器协调控制，完成调速系统的实时状态监控。控制系统主要由主控制单元、操作界面（HMI）、PLC等部件组成。

(5)设置远程/本地选择开关，选择当地或远程控制。

6上位机监控。

(1)将高压变频器作为原西门子PLC下挂的子站，采用Profibus-dp通信板卡与系统原PLC通信。

（2）上位机通过以太离线将压力控制信号和运行指令传输给原系统PLC，并通过Profibus网络将压力控制信号和运行指令传输给高压变频器。高压变频器根据压力反馈信号采用PID算法控制泵电机转速，保持出水压力稳定。

(3)高压变频器通过profibus网络将其运行状态上传到PLC，PLC编程将运行数据处理后通过以太网络上传到系统上位机。上位机绘制运行图片和链接通信变量，实现实时显示和控制。

7.改造注意事项。

（1）高压变频器体积大，需要确认安装位置是否符合国家相关要求。尽量安装在原馈线柜到电机电缆附近，以节省电缆变更投资；综合考虑安装空间余量。散热、起重和维护空间需求；考虑通信电缆的长度是否超过相关限制。

（2）选择可靠性高、稳定性高的方案和产品。成熟的技术。应用性能多，运维成本低。选择技术实力强的供应商和最经济的投资方案。

8结束语

自10KV高压泵变频改造投入使用以来，设备运行安全稳定，满足水厂生产需要，实现管网压力平衡。实际应用证实了变频改造方案和产品具有较高的性价比。