移动应急变频系统设计

陈苏秧，孙万勇，边 疆

（1.杭州职业技术学院，浙江杭州 310018； 2.杭州水业集团泵站分公司，浙江杭州 310016）

移动应急变频系统设计

陈苏秧1，孙万勇2，边 疆1

（1.杭州职业技术学院，浙江杭州 310018； 2.杭州水业集团泵站分公司，浙江杭州 310016）

提出一种便携式可移动应急变频系统，可以用于泵站变频系统出现故障时作为应急使用，可使泵站尽可能快的恢复正常供水。本系统提供一种泵站自动控制系统发生故障时，能及时安装代替使用，自动控制系统修复后能立即拆卸，并且能在其他自动控制系统故障发生时重复使用的应急使用控制柜。该系统对额定功率以下的泵站应急处理都有良好的适用性，使用方便，可有效降低运营成本。

增压泵；变频系统；自动控制；应急切换

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.24

0 引言

水务系统供排水泵站多已实现无人值守远程监控管理，日常安排对泵站现场巡检。泵站平时维修维护内容主要包括电气系统、变频控制系统、网络通信系统、水泵电机及阀门设备等，这些元器件按集团要求多数有备品备件，但变频器作为其中最重要的内容之一，又有一定的特殊性。主要表现为变频器单台价值高，拆装繁琐；而且泵站水泵种类繁多，不可能每个功率都做备品备件，并且电器类的备品备件每年也需要专业维护，变频控制系统管理难度较大。

增压泵站是水利系统主要设施之一，在给水工程中普遍使用。早期的增压泵是人工手动控制的。这种控制方式，不但人力投入大，而且控制响应时效性也不好。随着技术的进步，特别是将变频技术和工业以太网引入增压泵站控制后，大多数增压泵站都实现了自动控制。增压泵站大多安装在室外，使用过程中容易发生突发故障，例如自动控制系统遭遇雷击。由于自动控制系统维修排除故障时间的不确定性，一旦增压泵站自动控制系统故障，增压泵就不能正常工作。为了在自动控制系统维修期间不影响到增压供水，就需要接入备用控制系统。由于增压泵站控制系统涉及动力、数据采集、信号控制和数据通信等连接线，一旦接入备用控制系统，这些连接线都需要人工接线，不但工作量大，而且耗费时间很长。当自动控制系统修复后，又需要拆除备用控制系统，又有一个拆线、接线过程。增压泵站自动控制系统从故障开始到修复整个过程

1 方案设计

本系统增压泵站应急使用控制柜，它包括内设有电源接入装置和变频器的变频柜和设有控制电路和显示器的控制箱，变频柜与控制箱通过连端带快速接插件的连接线相连接，变频柜和控制箱分别设有接线隔舱和舱门，接线隔舱内设有快速接插件接口，接线隔舱舱口侧方和上方分别设有侧门轴座和上门轴座，舱门与侧门轴座和上门轴座相适应。30 min完成自控系统故障泵站的应急切换，方便故障系统的维修维护的同时，快速恢复泵站的正常运行。变频柜和控制箱分开，通用性和互换性更好，大量减少泵站自动控制系统的备品备件，有效降低运营成本。

本系统增压泵站应急使用控制柜包括变频柜和控制箱（图1）。为了方便移动，变频柜和控制箱下端分别设有万向轮。变频柜内设有电源接入装置和变频器。变频器从变频柜背面输出，与增压泵（图中未示）电连接。变频柜1正面柜门设有电源开关。控制箱设有控制电路和显示器。控制电路由PLC模块和外围电路组成。显示器安装在控制箱正面箱门上，显示器下方设有操作键盘。不同增压泵站水泵功率大小有很多种，变频器、控制器等元器件的备品备件严重占用保障资源，为了大量减少泵站自动控制系统的备品备件，变频柜和控制箱分开设置，控制箱内的控制电路设计比较全，能够适合多种增压泵的控制，具有通用性；变频柜1的变频器和变频电路可以按照增压泵的特点设计，根据变频柜的额定功率，对额定功率以下的泵站应急处理都有良好的适用性；适合与更多的增压泵连接。变频柜与控制箱通过连接端带快速接插件的连接线相连接。使用时变频柜1放置增压泵附近，方便取电和与增压泵连接；控制箱放置在方便采集现场数据的位置；连接线长度由变频柜和控制箱之间的距离并留有余量来定，预先在两头做好与变频柜和控制箱相匹配的快速接插件，到现场插上即可完成变频柜和控制箱的连接。

1.1 系统硬件设计

考虑到需要维修项目的类别及数量的不同，本系统硬件设计考虑一定的冗余度。首先在电气及控制回路上设计为一用一备，电气一次回路设计见图2，控制原理见图3。

1.2 自动控制部分的设计

面向不同的应急维护对象，城乡供水、城市排水工程和生态河湖工程等控制体系，实现水务系统及时、可靠、便捷的自动控制，系统的控制自动化是必须的，其中设备自动管理系统设计见图4。

图1 变频柜与控制箱连接

图2 电气一次回路

图3 控制原理

应急变频系统主要考虑恒压供水的实用场合，情况相对复杂。工艺需要根据来水供给清水池液位，供水压力根据管网需求设定，水泵运行设手动操作和自动操作。自动条件下，根据设定的压力变频恒压运行；手动条件下，系统工频运行；无论工频或变频，运行均设水池液位保护及阀门开关保护等前置条件，控制器接线图见图5。

2 运行效果

图4 设备手自动流程

移动应急变频系统在梅岭泵站，进行55 kW水泵满负荷恒压供水负载试验。梅岭泵站压力传感器量程12 kg，有清水池和4台水泵，平时使用1～2台。第一次作为现场应急使用的设备，从系统平台到达现场开始，现场准备时间比较长。主要是找方便使用的总进线电源，区分现场压力、液位等仪表信号，选择适用的水泵等。准备工作完成后，现场接线20 min内完成，经再次检查无误后上电试运行。梅岭泵站平时是10 kg恒压供水，平台系统也按照这个标准设置；投用后一台水泵压力达不到10 kg，系统自动启动第二台水泵；跟踪系统压力曲线，系统很快稳定在10 kg恒压供水，初步确认移动应急变频系统成功。

为了进一步确定移动应急变频系统的适用性，移动应急变频系统在王家坞泵站进行2.2 kW适用性测试。王家坞泵站为无负压泵站，两台水泵；压力传感器量程6 kg，压力设定为3 kg，有高位水池。本次试用从设备到达现场，开始检查原自控变频系统接线及信号情况到测试平台全部接线完毕，用时＜1 h，投用后试用情况良好。

经大小2个泵站的使用及试运行，整体使用情况良好，完全实现预期功能及要求；一般泵站从应急变频系统到达现场后约1 h可使恒压供水恢复正常。根据需要，移动应急变频系统可接入现有VPN网络，数据直接传到中控室IFIX监控系统中，有中控室进行远程操作管理。

图5 控制器接线

3 结束语

与现有技术相比，本设计在短时间内完成自动控制系统故障泵站的应急切换，在故障系统的维修维护的期间，快速恢复泵站的正常运行；变频柜和控制箱分开，根据变频柜的额定功率，对额定功率以下的泵站应急处理都有良好的适用性；大量减少泵站自控系统的备品备件，特别是不同泵站水泵功率大小有很多种，变频器、控制器等元器件的备品备件严重占用保障资源，可有效降低运营成本。

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〔编辑 凌 瑞〕

浙江省教育厅课题（Y201635631）。