王进
上海京武电气自动化科技有限公司
摘要 对轴流泵采用变频调速技术，使轴流泵运行转速控制在低频范围内，从而使轴流泵运行后，出水管道内的污水流速产生的冲击力不足以使安装在出水管道上的外河的浮箱拍门打开，污水又回流到前池集水井。这样就不会使日常试车时的输出污水流入河道，造成河道的黑臭污染。同时增加PLC控制，使试车时间，轴流泵电机温度、电机转速控制在设定范围内，保护轴流泵的正常运行。
关键词 轴流泵日常试车 河道污染 变频调速 PLC
1.引言
上海中心城区河道沿岸分布着二十多个七八十年代建成的雨水防汛泵站，都是采用立式轴流泵，功率高，流量大。根据轴流泵养护要求，在停止运行半个月后，要进行养护试泵。轴流泵的启动方式都是直接启动，额定转速运行。旱季集水井由于长期静置，集水井面有浮渣，水体黑臭。轴流泵运行后，不到一分钟，河道就会出现黑臭现象。随着河长制的不断推进，这种旱季养护试泵造成的河道污染问题就必须要解决。
1.1 研究意义
早期对于场地较大的泵站，采用了回笼水改建工程。将出水拍门改为出水闸门，新建回笼水闸门和回笼水管道。轴流泵养护试车时，通过关闭出水闸门，打开回笼水闸门，使养护试泵时输出的污水通过回笼管，返回到前池，避免污水流入河道。但部分泵站建造年代久，泵站内空间狭小，且紧邻居民小区，需要动迁才能腾出施工场地。居民动迁费和施工费在上海是相当大，甚至有些泵站完全不可能腾出场地。降低轴流泵试车转速，不向河道输出污水，不影响电机性能，就值得我们去深入研究。
1.2 预期效果
解决上海中心城区河道沿岸老的防汛泵站，没有回笼水管道，轴流泵养护试车时将大量污水排入河道，造成河道黑臭污染问题,同时又完成了轴流泵定期维护试泵的养护要求。
2. 变频调速在轴流泵日常试车中的应用
2.1 老泵站现场踏勘
我们选取了一个泵站作为试点，防汛泵站主体结构分前池，后池和立式轴流泵间。前池收集市政雨水，
后池又称为压力井，顶部设有压力井盖板，雨水通过轴流泵提升后，通过压力井，顶开河道内管道上的浮
箱拍门，排到河道内。排水工艺流程很简单。泵站内设有三台立式轴流泵，启动方式为直接启动，断路器、
接触器、热继电器常规的泵启动、保护回路。轴流泵泵轴盘根处有4分冷却水管接口，由于是工频常规运
行，没有外接入冷却水。
2.2 改造难点、问题分析
(1 ) 轴流泵常规运行是直接启动，工频运行。变频调速是通过变频器调整电机转速。这两套启动运行方式需独立运行，互不干扰。如何通过一套变频调速装置实现泵站内三台泵的养护试车。
( 2 )变频试泵运行后，轴流泵转速应确保输出污水压力不足以顶开河道侧的浮箱拍门。
( 3 ) 苏州河涨潮、落潮对河道内浮箱拍门的浮力各不一样，应加以调试。
( 4 )由于低频时，轴流泵的启动转矩力小，是否能带动淤积在泥沙中的叶轮，选择变频器应充分考虑变频器启动时有转矩提升功能。
( 5 ) 养护试泵应设置好低频运行时间，自动停止。能监测立式轴流泵电机温度、电机转速。
( 6 )轴流泵工频正常运行时，泵轴连接盘根处是通过泵管内流水冷却的。低速试泵运行时应考虑接入自来水冷却，自来水电磁阀与泵运行信号联动。
( 7 ) 养护试泵系统应实现数字化管理，实现运行转速、频率、电机温度、电流能可视化，并实现试泵相关数据的记录，可供查询。
( 8 ) 河道外侧出水口有围墙，不方便及时观测河道内浮箱拍门处出水情况。
2.3 确定问题的解决方案
( 1 )、防汛泵站的防汛功能必须确保，就是改造不能影响原有泵电气保护控制系统。试泵前必须切断原系统控制主回路中的接触器，变频试泵控制柜内也必须设立接触器。这样变频试泵控制柜的一次主电路就可以明确了：断路器进线，变频器调速、三个接触器分别输出电源。每台泵变频输出接触器与轴流泵的原接触器实现电气互锁。使变频试泵时先断开轴流泵原控制接触器，再闭合变频器输出接触器后，才允许启动变频器。以此类推。为了做到变频试泵的绝对安全可靠，在操作规程上明确，变频试泵时必需切断相应泵防汛常规控制回路的断路器，预防接触器触点粘结导致变频输出电源倒送。变频试泵结束后，应确保断开变频器上部的空气断路器。
( 2 )、变频试泵画面设档位转换开关：空挡、1#泵试车、2#泵试车、3#泵试车。
( 3 )、安装轴流泵测速装置、电机温度传感器、安装互感器和安装电量表
( 4 ) 、连接自来水管道至泵轴盘根处的冷却水接入口，并安装直流电磁阀，实现联动控制冷却水回路。
( 5 )、设置可编程序控制器PLC，实现接触器的互锁逻辑控制，试泵时间控制，试泵时联动打开冷却水电磁阀。采集电压、电流、电机温度、泵转速、变频器运行频率、可以设置运行频率。设置触摸屏工控机，实现数据显示、记录、和历史数据的查询。
( 6 )、河道外侧出水口安装视频摄像机，能及时观测轴流泵试车运行后，河道内是否有黑色污水现象。
2.4变频试泵系统应用实施
变频试泵控制柜应设排风扇，确保变频器热量排出，柜内元器件应选用国际知名品牌。
( 1 )、断路器选用施耐德NSX系列，在短路故障出现时，能通过其卓越的限流特性，极大程度的限制短路能量，从而减小了短路电流对系统的破坏。
( 2 )、变频器选择ABB公司的ACS550系列。具有如下优点：
a、矢量控制，提高电机控制性能，在需要很大的启动转矩时，有自动转矩提升模式。
b、噪音优化，当传动装置的温度下降时增加开关频率，冷却风扇可控：仅在必要时才对传动
装置进行冷却
c、具有专利技术的变感式电抗器，根据不同的负载匹配合适的电感量，能抑制和减少谐波
d、不需要额外的外置滤波器
( 3 )、接触器选用施耐德LC1系列
( 4 )、PLC选用西门子SIMATIC S7-200 SMART，具有如下优点：
a、配备西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0.15 μs，在同级别小型PLC 中
遥遥领先。
b、CPU 模块本体标配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能。一根普通的网线即可将程
序下载到PLC 中，方便快捷，省去了专用编程电缆。
( 5 )、15英寸嵌入式无风扇工业级平板电脑触摸工控一体机
a、支持INTEL J1900处理器
b、高强度镁铝合金材质，坚固耐用
c、无风扇结构设计，7*24小时稳定运行。
d、耐高低温-10℃--60℃
( 6 )、摄像机选用海康威视，200万像素，POE供电。
2.4变频试泵系统联动试车
( 1 )、配置好ABB变频器的运行参数。特别将转矩提升模式设置为自动转矩提升模式，在需要很大的启动转矩时，这个功能非常必要。
( 2 )、通过触摸屏切换接触器，检查试泵接触器和原防汛常规运行接触器互锁功能。
( 3 )、设定水泵运行频率，频率有小到大的原则。启动水泵，检查水泵主轴是否转动，冷却水电磁阀是否打开。
( 4 )、通过视频画面检查出水口是否有黑色污水溢出，逐步增加频率，直至出水口有污水溢出。另外要测试涨潮和落潮时，外河出水口浮箱拍门沉入水中和水位低于浮箱拍门底口时，出水口有污水溢出时相应的频率设置。取频率的小值作为以后试车频率。
( 5 )、 检查电流、电压、电机温度、电机转速数据。检查历史数据记录和查询功能。
3、结论
通过对轴流泵日常试车采用低频运行，逐台试泵，定时停泵，完全达到了养护试车的目的，同时外
河出水口无任何黑臭污水输出，对轴流泵本身性能无任何影响。由于取得了可观的经济效益和彻底的解
决了河道污染问题，上海市城市排水有限公司又陆续对其他20多个防汛泵站进行了改造。
参考文献
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