1336 PLUS II变频器的同步切换应用
贵阳兆瑞自动化系统有限公司 林德操 李克
摘要：一台1336 PlusII变频器加一个同步切换控制器实现对一个泵站三台水泵的控制，保证切换扰动电流<1.8 INP。
关鍵词：群控电机 变频控制 同步切换
西泌河提水工程，是贵州省晴隆县的重要供水工程。水源取自于贵州南盘江支流的西泌河，从而叫西泌河工程。该工程提水总扬程为887米，分五级泵站提水。每级泵站安装有三台75KW提水泵。五级泵站均分布于山壑之间，为实现五级泵站无人值守，每个泵站配置MicroLogix 1500可编程控制器对全站实行控制，选用一台罗克韦尔自动化A-B 1336 Plus II变频器加同步切换控制器对三台提水泵进行起/停和调速，实现各级泵站的水位调节，保证水厂的连续生产。水厂设有系统中心控制室对整个提水系统进行监控。系统通信采用无线数传方式。工程系统结构如图1。
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图1 五级泵站分布图 |
除一级泵站外，每一级泵站均建有一个储水池作两级泵站之间的缓冲作用。
根据实际的地理环境和系统通信的要求， 5#站作为系统通信的枢纽站（中转站），它除完成本站的控制外，要将其他四级泵站的数据中转传送到水厂中心控制室。
1.泵站控制结构
为可靠运行与节约投资，泵站采用一台变频器对三台水泵的控制模式。其控制系统方案如图2。
变频器型号为1336F-B100-AA-EN-L4-HAS2。三台水泵的电机（D1、D2、D3）只能用变频器启动。通过开关K1、K3、K5分别选择控制水泵D1、D2、D3。当K1合上时，变频器启动1#水泵，开关K3合上时，变频器启动2#水泵，开关K5合上时，变频器启动3#水泵。
D1、D2、D3的另一路电源由电网供给。电网直接供电的运行方式由开关K2、K4、K6分别控制。
变频器接受PLC的控制启动与仃机命令。
PLC对水泵启动/仃机的规则是：
任何水泵只能变频启动而不能直接启动。
不能同时启动二台水泵；
变频运行正常时水泵才允许切换为电网直接供电。
按自动控制的要求顺序启动/仃止水泵。
为保证系统运行的安全，除工艺要求的安全联锁外，操作上设置有下列电气纵横联锁：
K1与K2，K3与K4，K5与K6均不能同时合闸叫纵向联锁；
K1、K3、K5不能同时有二个开关合闸叫横向联锁。
K2、K4与K6不设就地合闸。
D1、D2、D3只有仃机与无故障状态下才可能启动操作；
2.可编程控制器
可编程控制器（PLC）采用RockWell 自动化的MicroLogix 1500 系列控制器。它的主要功能是：
a) 采集泵站的生产与环境安全的全部数字、模拟信号；
b) 根据本站的储水池水位控制水泵的启仃；
c) 设置下列联锁：
D1、D2、D3只有仃机与无故障状态下才可能启动操作；
变频器只能启动D1、D2、D3中的一台无故障电机；
切换操作只能在变频器运行正常时才能有效。
切换对象只能是变频器正常运行的对应电机。
d) 与中心控制站通信。将全部数据传送到中心控制主站，接受中心控制主站的控制指令进行泵站的控制。
e) 泵站设备与环境的安全报警。
泵站变频器的运行控制方式是，变频器正常启动一台水泵。当系统负荷需要增加运行水泵时，或系统运行方式需要进行第二台水泵运行时，或泵站继续提水而需要将当前变频器退出运行时，将当前变频器运行的水泵升频到电网频率下运行，然后，命令同步切换控制器进行工频切换，同步切换控制器接到命令后，自动捕捉变频器输出电压与电网电压的同步点后将水泵切换至电网直接供电。变频器可再启动第二台水泵运行。
3.同步切换控制器
变频器是按控制输出频率自动进行PI调节的，如果变频器输出控制到电网的频率下运行或设置电机频率参数情况下固定频率运行方式时，在变频器的调节功能下，变频器的输出是以电网电压为基准，不断的进行输出频率调节，使变频器输出电压与电网电压之相位差Δψ呈图3中的不定周期运行曲线。
图3 变频器输/输出电压相位差曲线图 |
贵阳兆瑞自动化系统有限公司研制的同步切换控制器（GWR-SY）是自动捕捉电网电压与变频器输出电压的同步点的变频器运行切换装置。
同步切换控制器（GWR-SY）具有下列功能：
a) 实时指示出电网与变频器输出电压的相位差。
b) 接到切换控制的命令后，自动捕捉变频器输出电压与电网电压的相位，达到同步时发出切换命令。
c) 可设置切换时间。切换时间T指电机由变频器运行切换为电网直接供电的时间。切换时间由切换开关的断开时间Toff和切换开关的合闸时间Ton总和。切换时间设置可保证切换扰动电流最小。
d) 系统切换输入命令为一个外接的继电器常开触点输入，切换输出为一继电器常开触点输出。所以切换点数不受限止。系统配备灵活。
e) 切换最大扰动电流为1.8 INP。
4.切换控制应用特点
采用一台变频器对群控电机的控制具有以下的优点：
A. 充分发挥变频器的优越性
一个泵站的水泵配置总是遵循（N+1）原则确定的，即N台机器能满足最大负荷的需要，多一台作为备用。所以，一个泵站，总装置总是大于一的，或说它是一个并联电机群的工作站。
变频器节能特性主要体现在轻负荷及波动负荷的运行状态。一个并联电机群中多台电动机并联运行，一般是由一台或几台电动机担负系统基本负荷（基荷设备），因为它们负荷稳定，电动机可由电网直接供电运行。另外一台（或多台）电动机由变频器控制运行，担负系统调节负荷 ，从而充分发挥了变频器的经济性特点，节约了能源。
B. 减少建设投资
l 降低了总装置的成本。不必要每一台电机配备一台变频器，电源装置只要一台变频器，其它每一台只要多配置一个负荷开关，完全达到变频启动和变频调节的功能，提高了整个泵站的运行水平。
l 节约了电气设备的投资：异步电动机（下称电动机）的直接启动，启动电流大，一般达到额定电流的6-7倍。因此，电气设备配置必须要躲过启动电流值。而变频器启动电流不超过额定电流值。从而全部电气设备（包括：配电变压器、专用供电线路、开关及其配电设备等）的总容量均可以额定容量来选择。较大的节约了设备投资。减少铁耗节约了能源。
l 系统设备减少到最少，系统结构简单，投资少，可靠性高。所以是最合理、最经济的方案。
l 异步电动机（下称电动机）的直接启动，对供电系统的冲击大。增加机械磨损，缩短机械寿命。用变频器进行电动机的启动，能达到平滑启动，减少电动机启动电流对系统的冲击，延长机械寿命。
l 本工程一个泵站的变压器容量为三台电机额定容量的总和。它不能承受单台水泵的直接启动，但它可以二台电机的变频起动和工频切换下正常运行。
C.变频器断续运行，可延长变频器的寿命。在定负荷情况下，随时可切换至工频运行，节省变频器运行小时数。延长变频器的运行寿命。
5.应用小结
A. 本工程实现了1336 Plus II变频器和GWR-SY同步切换控制器之间的完美配合，在较小容量的电气设备条件下，保证了提水泵站的二台(或三台)泵同时运行；
B. 同步切换控制器经半年多的运行与实践表明，由GWR-SY进行切换时间的整定后，切换最大电流为切换时运行电流的1.8倍，大多数的情况下为1.2倍，在使用中得到了用户的好评；
C. 实现了一次不仃止供水的变频器故障检修。2005年5月16日，用户报告：出现一台变频器故障，但隔二、三小时后同样可以启动泵运行。现场采用变频器启动正常后，切换为工频运行保证了供水；然后做好安全措施，在不仃泵的情况下更换了具有故障的变频器主控制板，做到了不仃水的故障处理。
作者：林德操---男1939年11月生，1964年毕业于贵州工学院，高级工程师。1965年至1985年从事电厂热工自动化工作，历任车间副主任、生产技术科科长；1983年负责微机对火电厂锅炉的自动控制项目获贵州省科技进步二等奖；1985年到贵州电力设计院，担任计算机室主任，从事电力设计的CAD技术应用。1999年退休，到贵阳兆瑞自动化系统有限公司从事自动化控制技术工作。
李 克---男，1963年12生，1984年毕业于西北工业大学航空宇航制造工程专业，高级工程师。长期从事计算机和工业自动化控制技术工作。
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