英威腾Goodrive5000系列变频器在新疆伊宁市水利工程的应用

1. 引言

伊宁市匹里青河水利扬水工程为伊宁市水务局总投资2876.04万元，实施匹里青河供水工程，解决了潘津乡、达达木图乡、园艺场、原种场以及克伯克于孜乡8万余名农牧民的饮水问题，并为全市农村供水的远期发展规划奠定了坚实基础。以实现水资源的可持续利用为目的，狠抓饮水安全、防洪护堤、节水灌溉、水土保持等工程建设，让偏远农牧区群众用上了“自来水”、“放心水”，也为伊宁市经济社会的可持续发展提供了有力的支撑和保障。

2. 现场环境和工艺介绍

a. 现场温度：-32℃-45℃之间。供水温度3℃-45℃时供水

b. 现场湿度：相对湿度小于65%；昼夜温差较大，。

c. 有无粉尘：粉尘成分（灰尘），粉尘浓度小。

d. 现场变频器型号：GD5000-A1000-10-S

e. 负载设备名称：离心泵。

对于扬水站的现场工艺比较简单就是用三台功率我800KW/ 10KV的高压水泵把水从海拔较低的河里提升到25米的渠里详见现场照片

3. 变频改造方案

3.1 一次回路方案

选用一拖三无扰切换，方案的优点就是可最大限度避免变工频切换时因相位角不一致引起的电流波动对上级开关的影响和对较小变压器容量的保护功能。切换过程对电机和电网无冲击；灵活的实现变频切换到工频，工频切换到变频。

一次回路图如下所示：

图3 一拖三无扰切换方案

一拖三无扰切换有接触器：KM1、KM2、KM3；KM01、KM02、KM03；手动刀闸QS1、勿扰却换部分L1和KM11组成。旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，对应的变频器输出接触器和旁路接触器开关电气闭锁，同时只允许一台变频器进线接触器开关闭合、同时只允许一台变频器出线接触器开关闭合，完全能够保证变频调速系统安全运行。

1）电机M1变频启动时QS1、KM11、KM1闭合。变频器拖动电机至工频时，KM11断开，KM01闭合此时工频旁路电源和变频器同时给电机供电。当共变频的相位角一致时KM1断开，电机M1实现工频运行

2）电机M2变频启动时QS1、KM11、KM2闭合。变频器拖动电机至工频时，KM11断开，KM02闭合此时工频旁路电源和变频器同时给电机供电。当共变频的相位角一致时KM2断开，电机M2实现工频运行

3）电机M3变频启动时QS1、KM11、KM3闭合。变频器拖动电机至工频时，KM11断开，KM03闭合此时工频旁路电源和变频器同时给电机供电。当共变频的相位角一致时KM3断开，电机M3实现工频运行

图3切换电流图

3.2 控制模式

Goodrive5000系列矢量型高压变频器控制系统采用DSP+FPGA+ARM三核模式，内部自带PID调节器，VF控制、矢量化的VF控制、有PG的矢量控制、无PG的矢量控制四种控制模式可选。系统反应速度快，抗干扰能力强。最多可支持1拖4。控制柜门设置就地/远程一键转换开关。就地控制通过10.4寸触摸屏交互式人机界面可实现各种运行参数的显示，对变频器的各种操作以及运行和故障情况的实时记录；远程控制可通过DCS或操作箱实现对变频器的操作和监控。本项目考虑安全性采用硬线连接模式。通过中控PLC控制器的程序设计和工控机的界面组态，可方便地实现通风风量的无级平滑调节；主、备用风机的一键切换；抽风/反风的迅速转换；故障、运行记录和能耗的实时监控和热/冷备用模式及手动/自动方式的自由切换，从而最大限度地提高该矿通风系统的控制灵活性和安全可靠程度。

运行照片

现场照片

4. 英威腾变频器原理和特点

4.1、英威腾变频器原理

GD5000系列矢量型高压变频器控制系统采用DSP+FPGA+ARM三核模式，内部自带PID调节器，VF控制、矢量化的VF控制、有PG的矢量控制、无PG的矢量控制四种控制模式可选。

英威腾Goodrive5000系列高压变频调速系统采用多重化移相多单元串联正弦脉宽调制(SPWM)叠压技术，直接“高-高”式，功率模块为交-直-交型电压源变频调速器。

图2 高压变频器系统示意

高压变频器是由多个单元串联而成，通过将多个低压功率模块的输出叠加起来得到高压输出。高压变频器的原理结构如下图所示。

4.2、英威腾变频器特点

1）同级旁路和中性点偏移旁路

当某个功率单元发生故障时可自动旁路运行，变频器不停机，即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封闭对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路导通，保证电机电流能通过，仍形成通路。为保证三相输出电压对称，有的系统是在旁路故障功率单元的同时，另外两相对应的两个功率单元也同时旁路。

2）全频段转速追踪启动：无论电机转速状态为何种状态，能够精准追踪启动可设定的允许等待时间内电源跌落等瞬时故障恢复0.1～1秒内自动启动变频器直接运转频率输出，拖动电动机运行至设定状态

3）瞬停不停，主电路掉电（1-5）s不停机，保证了因系统电源瞬时停电带来设备突然停机的不良影响。

4）运行参数的实时监控功能、运行数据实时记录功能、告警及故障保护功能、故障查询功能、波形显示功能；过载、过流保护；缺相保护；过压、欠压、过温、超速等保护功能；

5）优良的低频补偿性能（可1Hz满扭矩输出）。通过采用先进的死区补偿和低频抑制振荡算法，在矢量控制和V/F控制方式下，低频时具有很好的输出性能。并具有低频自动转矩提升功能，能够在低频下获得较好的低频转矩特性。

5. 结束语

采用变频器装置调速启动后，实现了电动机的软启动，可以避免大电流启动冲击造成对电机绝缘的影响，减少电动机维修量，节约维修费用，使电机寿命延长，也减少了管道的振动与磨损。平滑调节管网压力，其独有的特点更适合中国的国情，非常适用于水利工程的技术改造和升级。希望我们的产品产品更加系列化、多样化、产品质量更上一层楼更好的满足各种工况场合的应用，使其成为我国高压大功率电动机直接变频调速的主导产品

参考文献：

【1】  《继电保护及电网安全自动装置检验条例》   水利电力出版社

【2】  《GD5000系列高压变频调速系统产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司