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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(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(jìn)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(jìn),、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(jìn)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(jī)水泵進(jìn)行6-72Hz變頻測試,。

測試中心采用全自動上位機(jī)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(jī)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(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(jìn)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(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引起電機(jī)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(jī)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(yuǎn)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(hù)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(zhǔn)信號,。

• 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(hù)；此保護(hù)實際上包括了對電網(wǎng)電壓正向波動的保護(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,，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(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,、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(dá)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(jìn)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(jī)供電,，通過對每個單元的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(jī)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(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,，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制,。控制器包括一臺內(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(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(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10kV/3500kW或6kV/3500kW電機(jī)，以及3kV/2300V/1140V等電壓等級電機(jī)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(hù)值,，輸入測試水泵電機(jī)銘牌參數(shù),。如需測試其他電壓等級的水泵電機(jī)，則只需按照設(shè)定為相應(yīng)的輸出電壓等級,，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(jī)是6kV/3500kW還是10kV/3500kW，或者其他電壓等級的水泵電機(jī),?？刂齐娝碗姾螅O(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

（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，人機(jī)界面啟動,，自動進(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常或充電板或電池?fù)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(jìn)線柜,，變壓器柜上的溫控儀顯示溫度時或進(jìn)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(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,。

如果需要本地運行,，請設(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】按鈕,，變頻電源啟動,，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)定的段速頻率拖動電機(jī)運行,。

如果需要遠(yuǎn)程運行，請設(shè)置為外控狀態(tài),。在遠(yuǎn)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(jī)運行,。

注明：輸出頻率顯示，當(dāng)變頻電源停機(jī)時顯示給定頻率的數(shù)值,，開機(jī)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(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(jī)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(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現(xiàn)測試各種電機(jī)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(jìn)口設(shè)備同樣的的測試效果,，大大降低了水泵測試成本,。