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湖南南方長(cháng)河泵業(yè)有限公司是南方泵業(yè)股份有限公司的全資子公司，位于湖南省長(cháng)沙經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區，是南方泵業(yè)股份有限公司中高端大中型泵銷(xiāo)售、研發(fā)、制造及實(shí)驗基地。

該公司主要產(chǎn)品包括單級雙吸中開(kāi)離心泵、臥式多級中開(kāi)離心泵、立式長(cháng)軸泵、筒袋式冷凝泵、立式及潛水式斜流泵、立式及潛水式軸流泵、蝸殼式混流泵及污水泵、節段式多級離心泵、泵用直角齒輪箱、大中型外殼水冷式深井泵專(zhuān)用電機，各種膜法海水淡化用泵以及API610 BB1,BB3,OH1,OH2,VS1,VS6,VS7等石油化工用泵等。廣泛應用在電力、冶金、鋼鐵、水利、市政、環(huán)保、疏浚、石油、化工、消防等行業(yè)，每年約有70%以上的產(chǎn)品出口到歐美等六十多個(gè)國家，是國內中開(kāi)泵、長(cháng)軸泵產(chǎn)品規格較全、出口量較大的企業(yè)。
2 水泵測試中心

湖南南方長(cháng)河泵業(yè)有限公司水泵測試中心，擬對原有變頻電源設備進(jìn)行升級改造，采用全自動(dòng)上位機測控系統，改造后可以對各種型式水泵進(jìn)行性能測試，可以真實(shí)地把握水泵的出廠(chǎng)性能以及水泵研發(fā)效果。

長(cháng)河泵業(yè)原有技術(shù)參數如下：高壓變頻電源設備輸入電壓10kV，輸出電壓10kV/6kV，輸出電流的范圍為0A－400A；頻率范圍為0－75Hz可調，升級改造后變化為：輸入電壓10kV，輸出電壓1100V－10000V范圍內的無(wú)極調壓；輸出電流的范圍為0A－450A；頻率范圍為輸出電壓范圍內的任一電壓可0－75Hz可調。

測試中心采用全自動(dòng)上位機測控系統，可對整個(gè)測試中心全方位監控，采用高精度檢測儀器儀表、傳感器和計算機相結合自動(dòng)測控、采集、處理、分析電力參數及流體參數，測試結果可自動(dòng)進(jìn)行顯示、打印制表、繪制特性曲線(xiàn)（變速、變徑、變角），系統不確定度分析。中央控制室與接待室數據可同步運行顯示。
3 風(fēng)光高壓變頻電源控制系統基本參數

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

 4高壓變頻電源系統

高壓變頻電源系統采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結構，主體結構由多個(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，它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入諧波畸變小于3%，直接滿(mǎn)足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；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)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。
4.1電源系統拓撲結構

變頻電源裝置0-10kV輸出，每個(gè)系統共有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串連構成一相，其系統結構如圖1所示。

 
圖1 變頻電源系統結構示意圖

4.2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)現多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。每個(gè)功率單元結構上完全一致，可以互換，為基本的單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋， 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，大大提高系統運行的可靠性。
4.3功率柜

柜內主要對功率單元進(jìn)行組合，通過(guò)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供電，通過(guò)對每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，得到非常好的PWM波形，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以輸出電纜長(cháng)度很長(cháng)，電機不需要降額使用。
4.4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較優(yōu)的運行性能。彩色嵌入式人機界面提供友好的全中文監控和操作界面，同時(shí)可以實(shí)現遠程監控和網(wǎng)絡(luò )化控制。控制器包括一臺內置的PLC，用于柜體內開(kāi)關(guān)信號的邏輯處理，以及與現場(chǎng)各種操作信號和狀態(tài)信號(包括DCS/RS485//Modbus)的協(xié)調，并且可以根據用戶(hù)的需要擴展控制開(kāi)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，系統應具有極高的安全性，同時(shí)具有很好的抗電磁干擾性能。
4.5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(jìn)行控制。
4.6上位機接口清單
上位機接口清單如圖2所示。

圖2上位機接口清單

5 變頻電源主回路

變頻電源主回路如圖3所示。變頻電源能任意拖動(dòng)10kV/4200kW或6kV/4200kW電機，以及3kV/2300V/1100V等電壓等級電機水泵測試實(shí)驗。例如拖動(dòng)10kV/4200kW，變頻電源參數的輸出額定電壓需設為10kV，過(guò)流保護值，輸入測試水泵電機銘牌參數。如需測試其他電壓等級的水泵電機，則只需按照設定為相應的輸出電壓等級，及相應參數即可。

 
圖3 高壓變頻電源主回路

6 對外標準接口

整套變頻控制裝置，包括控制柜、功率柜、變壓器柜、旁路柜等所有部件及內部連線(xiàn)一體化設計，需方只須連接高壓輸入、高壓輸出、控制電源和控制線(xiàn)即可。
高壓變頻電源對外接口的具體定義如下：
6.1變頻電源提供的開(kāi)關(guān)量

變頻電源采用自制PLC邏輯控制板，標準數字量配置為24點(diǎn)入、16點(diǎn)出，并且可以根據用戶(hù)的不同需求進(jìn)行I/O點(diǎn)的擴展及參數化設計。其部分輸出定義為：
(1) 變頻電源就緒狀態(tài)指示：表示變頻電源已待命，具備啟動(dòng)條件，1路，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。
(2) 變頻電源運行/停機狀態(tài)指示：表示變頻電源正在運行，各1路。變頻運行狀態(tài)指示為常開(kāi)點(diǎn)，節點(diǎn)閉合時(shí)表示為變頻電源處于運行狀態(tài)；變頻停止狀態(tài)為常閉點(diǎn)，節點(diǎn)閉合時(shí)表示變頻電源處于停止狀態(tài)。
(3) 變頻電源控制狀態(tài)指示：外控控制狀態(tài)為常開(kāi)點(diǎn)，節點(diǎn)閉合表示變頻電源控制權為現場(chǎng)遠程控制；本地控制狀態(tài)為常閉點(diǎn)，節點(diǎn)閉合時(shí)表示變頻電源控制權為本地變頻電源控制，各1路。
(4) 變頻電源報警指示：表示變頻電源產(chǎn)生報警信號。包含柜門(mén)非法打開(kāi)、變壓器超溫、控制電源掉電、給定信號斷線(xiàn)、單元故障等信息，1路，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。
(5) 變頻電源故障指示：表示變頻電源發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓。包含過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、短路等信息，1路，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。
(6) 電機在工頻旁路：表示電動(dòng)機處于工頻旁路狀態(tài)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。
 以上為變頻電源的基本輸出狀態(tài)點(diǎn)。
6.2變頻電源提供給高壓開(kāi)關(guān)柜的開(kāi)關(guān)量

高壓開(kāi)關(guān)緊急分斷：變頻電源出現重故障時(shí)，自動(dòng)分斷高壓開(kāi)關(guān)，1路常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。

高壓合閘允許：允許將高壓開(kāi)關(guān)合閘，1路常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。

以上所有數字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為AC220V，3A。
6.3高壓開(kāi)關(guān)柜提供給變頻電源的開(kāi)關(guān)量

高壓就緒：高壓準備就緒，為高壓開(kāi)關(guān)提供的1路常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效。
6.4變頻電源提供的模擬量

變頻電源可以提供2路4～20mA的電流源輸出，帶負載能力均為250Ω。分別為輸出頻率、輸出電流信號。
6.5 DCS提供給變頻電源的開(kāi)關(guān)量
a) 啟動(dòng)指令：干接點(diǎn)，3秒脈沖閉合時(shí)有效，變頻電源開(kāi)始運行。
b) 停機指令：干接點(diǎn)，3秒脈沖閉合時(shí)有效，變頻電源正常停機。
c) 緊急停機指令：干接點(diǎn)，閉合保持有效，變頻電源緊急停機。
6.6 DCS提供給變頻電源的模擬量

變頻電源提供1路4～20mA電流源輸入，其輸入可根據用戶(hù)不同的要求進(jìn)行定義，滿(mǎn)足用戶(hù)多方面的需求，可定義為給定頻率、給定轉速、壓力反饋等。
6.7通訊協(xié)議

默認通訊協(xié)議為MODBUS通訊協(xié)議，通訊接口為RS485接口。通訊協(xié)議：PROFIBUS通訊協(xié)議，提供2個(gè)通訊口，與現場(chǎng)上位機組成冗余系統（現場(chǎng)上位機為西門(mén)子S7-400冗余系統）。
7 高壓變頻電源在水泵測試臺使用效果

該設備自投運以來(lái)，改造達到了預期目的。高壓變頻電源現場(chǎng)運行如圖4所示，變頻電源測試10kV電機水泵的測試界面如圖5所示，高壓變頻電源視在功率476kW，有功功率414kW，輸入電壓10.59kV，輸出電壓10.52kV，輸入電流23.9A，輸出電流24.8A，輸出頻率50.00Hz，測試實(shí)驗非常方便。
（1）新風(fēng)光電子公司生產(chǎn)的JD-BP38－7000高壓變頻電源所有部分裝在配電柜內，不需要另外的電抗器、濾波器等設備裝置。體積小，結構緊湊，安裝簡(jiǎn)單，現場(chǎng)配線(xiàn)少，調試周期短，投入生產(chǎn)快。
（2）高壓變頻電源的運行參數及各種指示在觸摸屏均有顯示。
（3）電源帶有標準通訊接口，上位機可以通過(guò)通訊完全集控變頻電源。
（4）變頻電源非常方便實(shí)現測試各種電機水泵測試需求，只需設定相應的參數即可，可任意拖動(dòng)10kV/6kV/3kV/2300V/1100V等電壓等級，不超過(guò)450A電流，0-72Hz水泵完成測試各種實(shí)驗。
（5）具有與進(jìn)口設備同樣的測試效果，大大降低了水泵測試成本。

圖4 高壓變頻電源設備現場(chǎng)運行照片

圖5 高壓變頻電源人機界面

（6）附錄用變頻電源測試的水泵型式試驗報告

測試中心對水泵的流量、揚程、轉速、軸功率及效率等性能參數進(jìn)行實(shí)際測試。在水泵不同流量的條件下，分別對水泵揚程（進(jìn)口揚程、出口揚程、總揚程）、功率、轉速、效率進(jìn)行測試。變頻電源根據用戶(hù)要求，輸出電壓10kV，帶載輸出穩定，電壓、電流及諧波等各方面性能指標滿(mǎn)足要求，達到了改造的預期目的。型式試驗報告見(jiàn)圖6所示。