摘要：抽排水系统经过多年的发展，整体技术已经成熟。本文针对官地水力发电厂大坝渗漏排水系统调试过程中的变频器、电动机、泵控阀与控制系统时间配合问题进行探讨，重点分析变频启停与泵控阀的时间配合方式。并针对调试过程中出现的异常情况提出了解决方法。
关键字：变频器；泵控阀；抽排水系统；PLC；时间
0前言
经过多年的发展，形成了一系列可靠、成熟的抽排水系统。在抽排水系统中，泵的启停与阀的开关时间配合非常关键。时间配合不当，容易造成设备损毁等故障。如泵运行时阀门长时间未成功开启将造成管路憋压爆裂现象；阀门开启后泵启动不成功则管路里原有的水会倒流造成泵受压反转，造成电机由电动机状态转入发电机状态运行，向系统倒送电冲击设备的故障。
官地水力发电厂大坝渗漏排水系统安装有3台离心排水泵，由PLC控制系统、变频器及变频电机、泵控阀及输水管路组成。单台水泵抽水能力为150m3/h，扬程76m。在调试过程中，由于设备相互之间的时间配合不恰当，先后出现了泵控阀供水端管路在启动时憋压爆裂和排水端管路在停止时因水锤现象憋压爆裂现象。经过分析，找出了异常原因，经与厂家沟通并对各设备的启停时间及逻辑关系进行优化后，该套系统运行正常、可靠。
1系统调试过程
1.1系统控制逻辑及设备参数
设备安装完毕后，按厂家初始参数表和设备运行经验设定各设备参数。关键参数如下：
电动机参数：额定电压，400V；额定电流，132A；额定功率，75kW；功率因数，087；额定转速，1485r/min。
变频器参数：斜坡加速启动，3s；斜坡减速停车，50s；额定频率，50Hz；输出功率，75kW；额定电流，132A；电动机热保护电流，163A；控制方式，简单启动。
泵控阀参数：开阀电磁阀带电时间，60s；关阀电磁阀带电时间，长期。
PLC控制逻辑：
启动时，PLC同时向变频器和泵控阀发出启动令，变频器开始工作，接通主回路，逐步增大输出功率，电动机开始启动并带动泵转动，此时泵控阀供水侧开始承压；同时泵控阀的开阀电磁阀持续带电1min，泵控阀具备开阀条件。当泵控阀供水端压力足够时将阀冲开至全开状态。
停止时，PLC向变频器和泵控阀发出停止令，变频器按减速斜坡方式逐渐减小输出力矩，同时泵控阀关阀电磁阀带电，泵控阀开始关阀直至在回水压力下完全关闭。
1.2系统调试及参数调整
首次调试时，变频器报“制动过速”故障。经检测，故障原因为启动时间过短，启动力矩过大超出设备运行极限值，造成电动机无法正常启动。考虑变频器斜坡加速启动时间越长，设备启动越平稳，对电网冲击越小，则应延长设备启动时间；但是启动时间过长，则开阀电磁阀的带电运行时间越长，有效使用寿命缩短，同时排水泵启动过程中的气蚀现象越严重，对泵体的损伤越大；两者要求相反，反复试验后加速启动时间调整为60s，泵启动成功。
第二次调试时，变频器启动正常，约40s时泵控阀开始开启。1min后，泵控阀未到达全开位置，全开反馈信号未能正常送出，PLC逻辑判断为阀门未打开，报“启动失败”故障，中止启动流程。考虑设备运行情况，初步将开阀电磁阀带电时间调整为由收到开阀令起到收到关阀令止，测试发现，正常情况下，单台泵持续运行时间超过15min，开阀电磁阀被烧毁，不利于设备长时间安全稳定运行。经测试，泵控阀从开启至全开时间约为35s，最长为50s。结合泵启动后约40s才能利用水压将泵控阀冲开，总过程约75s-90s。因此，将开阀电磁阀带电时间调整为120s后，泵控阀开启成功。
至此，泵及泵控阀启动流程中可能存在的憋压、阀门开启不成功等故障已全部排除，设备启动成功。
第三次调试时，设备启动成功，排水正常。运行10min后，强制开始停泵流程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在停止过程中，约20s时，电动机在水流的带动下开始快速反转，泵控阀在回流水的带动下加速关闭；在成功关闭时，因水锤现象，泵控阀排水端管路连接法兰面3处破裂漏水。
后续调试中，三台排水泵在停止过程中多次出现电动机在带电情况下被拖入发电机状态运行，泵控阀关闭瞬间排水管路破裂等异常现象。调试暂停。
经过多次反复测试，由于泵控阀关阀时间为针阀控制，泵本体在运行期间存在震动，针阀的针有轻微抖动，关阀时间波动较大，范围约15s~35s。在斜坡减速停车模式下，管路极容易出现泵控阀关闭不及时导致管路连接法兰面因水锤憋压破裂漏水现象。设备运行存在较高风险。
1.3故障原因分析及危害
因泵控阀的关阀时间为针阀控制，控制用的针为螺丝紧固，容易受设备震动影响导致偏差，同时，针阀控制方式不能实现精确调节，难以实现三台泵关阀时间完全一致，如：#1、#2、#3泵的泵控阀关阀时间（收到关阀令到阀门全关反馈信号送出）分别为20s、25s和45s，需要根据现场试验情况对每台泵进行参数设置，不利于统一管理。
泵控阀的关阀时间过长容易导致排水泵在回流水的带动下产生反转，造成电动机由制动态转变为发电态，对变频器等设备造成冲击。
由于扬程过高，当电机停运时，泵控阀未完全关闭，回流水压力过高造成管路憋压，容易造成管路薄弱处特别是法兰连接面破裂漏水。
1.4处理措施及原理分析
变频器停机模式分为自由停车和斜坡减速停车两种。自由停车模式为，当变频器接收到停机命令时，立即切断内部的动力电源回路和控制回路，此时变频器出线端电压瞬间下降为0V，输出功率突变为0W，负载设备停止工作。斜坡减速停车模式为，当变频器接收到停机命令时，按设定的斜坡减速曲线开始平滑的降低输出端电压至0V，输出功率平滑下降至0W，负载设备持续工作。
上述分析可知，在斜坡减速停车模式下，电机将从运行过程中的电动机状态进入到电磁制动状态，但是由于管路里回流水的影响，电机将从电磁制动状态被强制拖入发电机状态，容易对系统设备造成反向的电冲击。而在自由停车模式下，电机将直接从运行过程中的电动机状态直接进入到停机状态，由于此时电机已经停电，不会进入发电态运行。对变频器等设备不会造成电冲击。
为便于设备的统一管理和防止电机进入发电机状态对系统设备造成反向的电冲击损伤，将变频器停机模式设置为自由停车。为避免变频器停机时泵控阀开度依然保持在100%，结合泵控阀关阀时间的测量结果，将PLC控制流程修改为向泵控阀发出关阀令后10s中再向变频器发出停机令。
1.5调试后运行模式和结果
启动流程。集水井水位达到启泵水位时，PLC程序分别向泵控阀和变频器发出启动令，变频器收到启动令后按60s达到额定功率控制曲线开始输出功率并加快转速，离心泵开始向泵控阀供水。泵控阀收到启动令后，开阀电磁阀带电运行，泵控阀具备开阀条件，在水压作用下，泵控阀开启约80s时至全开位置，此时泵控阀向PLC程序发出全开到位反馈信号，PLC程序收到反馈信号后终止启动流程，设备进入正常排水状态。
停机流程。集水井水位达到停泵水位时，PLC程序向泵控阀发出停止令并开始计时，泵控阀收到停止令后检查开阀电磁阀已失电同时关阀电磁阀开始带电运行，泵控阀具备关阀条件并开始缓慢关闭；10s后，PLC程序向变频器发出停止令，变频器收到停机令后立即切断电机电源，电机停止运行，泵控阀在回流水作用下彻底关闭，设备停止运行。
调试发现，排水泵运行过程中最大电流约90A，持续运行电流约86A，电机电压约376V，排水泵排水量约134m3/h，满足设备正常稳定运行要求。
2结语
因结构问题，泵控阀的动作时间调节不方便，调整后需要依靠试验来测定。而变频器可以通过设定参数来完成时间调整，准确而便利。经实际证明，依靠变频器参数改变来调节抽排水系统的启停是可行的。经过优化，该套设备运行正常。
参考文献
[1]刘金虹.集水井抽排水系统改造[J].湖南水利水电,2005(04):13-14.
[2]余婷婷,胡杰.基于PLC矿井排水系统远程自动化控制[J].工业控制计算机,2011,24(02):88+91.
论文作者:黄世超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：变频器论文; 时间论文; 设备论文; 管路论文; 电动机论文; 斜坡论文; 电磁阀论文; 《基层建设》2018年第28期论文;