湖南南方长河泵业有限公司是南方泵业股份有限公司的全资子公司，位于湖南省长沙经济技术开发区，是南方泵业股份有限公司中高端大中型泵销售、研发、制造及实验基地。

该公司主要产品包括单级双吸中开离心泵、卧式多级中开离心泵、立式长轴泵、筒袋式冷凝泵、立式及潜水式斜流泵、立式及潜水式轴流泵、蜗壳式混流泵及污水泵、节段式多级离心泵、泵用直角齿轮箱、大中型外壳水冷式深井泵专用电机，各种膜法海水淡化用泵以及API610 BB1,BB3,OH1,OH2,VS1,VS6,VS7等石油化工用泵等。广泛应用在电力、冶金、钢铁、水利、市政、环保、疏浚、石油、化工、消防等行业，每年约有70%以上的产品出口到欧美等六十多个国家，是国内中开泵、长轴泵产品规格较全、出口量较大的企业。
2 水泵测试中心

湖南南方长河泵业有限公司水泵测试中心，拟对原有变频电源设备进行升级改造，采用全自动上位机测控系统，改造后可以对各种型式水泵进行性能测试，可以真实地把握水泵的出厂性能以及水泵研发效果。

长河泵业原有技术参数如下：高压变频电源设备输入电压10kV，输出电压10kV/6kV，输出电流的范围为0A－400A；频率范围为0－75Hz可调，升级改造后变化为：输入电压10kV，输出电压1100V－10000V范围内的无极调压；输出电流的范围为0A－450A；频率范围为输出电压范围内的任一电压可0－75Hz可调。

测试中心采用全自动上位机测控系统，可对整个测试中心全方位监控，采用高精度检测仪器仪表、传感器和计算机相结合自动测控、采集、处理、分析电力参数及流体参数，测试结果可自动进行显示、打印制表、绘制特性曲线（变速、变径、变角），系统不确定度分析。中央控制室与接待室数据可同步运行显示。
3 风光高压变频电源控制系统基本参数

风光高压变频电源系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标。高压变频电源系统采用新IGBT功率器件，全数字化微机控制，有关电源基本参数如表1所示。

 4高压变频电源系统

高压变频电源系统采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多个功率模块串联而成，从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，输入谐波畸变小于3%，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置；输出波形质量好，输出电压谐波畸变小于2%，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。
4.1电源系统拓扑结构

变频电源装置0-10kV输出，每个系统共有24个功率单元，每8个功率单元串连构成一相，其系统结构如图1所示。

 
图1 变频电源系统结构示意图

4.2功率单元

每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘，二次绕组采用星形折边接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，为基本的单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥， IGBT逆变桥的控制方式为PWM控制，并且有自动单元旁路功能，大大提高系统运行的可靠性。
4.3功率柜

柜内主要对功率单元进行组合，通过每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，得到非常好的PWM波形，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以输出电缆长度很长，电机不需要降额使用。
4.4控制柜

控制器采用32位高速DSP芯片，精确的算法保证电机达到较优的运行性能。彩色嵌入式人机界面提供友好的全中文监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号(包括DCS/RS485//Modbus)的协调，并且可以根据用户的需要扩展控制开关量。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统应具有极高的安全性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。
4.5变压器柜及风机

主要包括为功率单元供电的移相变压器，输入侧的电压、电流检测器件，以及温度检测器件温控器。变频电源功率柜顶部和变压器柜顶部所配冷却风机。干式变压器绕组底部也配有冷却风机，由温控仪检测变压器绕组温度进行控制。
4.6上位机接口清单
上位机接口清单如图2所示。

图2上位机接口清单

5 变频电源主回路

变频电源主回路如图3所示。变频电源能任意拖动10kV/4200kW或6kV/4200kW电机，以及3kV/2300V/1100V等电压等级电机水泵测试实验。例如拖动10kV/4200kW，变频电源参数的输出额定电压需设为10kV，过流保护值，输入测试水泵电机铭牌参数。如需测试其他电压等级的水泵电机，则只需按照设定为相应的输出电压等级，及相应参数即可。

 
图3 高压变频电源主回路

6 对外标准接口

整套变频控制装置，包括控制柜、功率柜、变压器柜、旁路柜等所有部件及内部连线一体化设计，需方只须连接高压输入、高压输出、控制电源和控制线即可。
高压变频电源对外接口的具体定义如下：
6.1变频电源提供的开关量

变频电源采用自制PLC逻辑控制板，标准数字量配置为24点入、16点出，并且可以根据用户的不同需求进行I/O点的扩展及参数化设计。其部分输出定义为：
(1) 变频电源就绪状态指示：表示变频电源已待命，具备启动条件，1路，常开点，闭合有效。
(2) 变频电源运行/停机状态指示：表示变频电源正在运行，各1路。变频运行状态指示为常开点，节点闭合时表示为变频电源处于运行状态；变频停止状态为常闭点，节点闭合时表示变频电源处于停止状态。
(3) 变频电源控制状态指示：外控控制状态为常开点，节点闭合表示变频电源控制权为现场远程控制；本地控制状态为常闭点，节点闭合时表示变频电源控制权为本地变频电源控制，各1路。
(4) 变频电源报警指示：表示变频电源产生报警信号。包含柜门非法打开、变压器超温、控制电源掉电、给定信号断线、单元故障等信息，1路，常开点，闭合有效。
(5) 变频电源故障指示：表示变频电源发生重故障，立即关断输出切断高压。包含过压、过流、过载、短路等信息，1路，常开点，闭合有效。
(6) 电机在工频旁路：表示电动机处于工频旁路状态，常开点，闭合有效。
 以上为变频电源的基本输出状态点。
6.2变频电源提供给高压开关柜的开关量

高压开关紧急分断：变频电源出现重故障时，自动分断高压开关，1路常开点，闭合有效。

高压合闸允许：允许将高压开关合闸，1路常开点，闭合有效。

以上所有数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。除特别注明外，接点容量均为AC220V，3A。
6.3高压开关柜提供给变频电源的开关量

高压就绪：高压准备就绪，为高压开关提供的1路常开点，闭合有效。
6.4变频电源提供的模拟量

变频电源可以提供2路4～20mA的电流源输出，带负载能力均为250Ω。分别为输出频率、输出电流信号。
6.5 DCS提供给变频电源的开关量
a) 启动指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频电源开始运行。
b) 停机指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频电源正常停机。
c) 紧急停机指令：干接点，闭合保持有效，变频电源紧急停机。
6.6 DCS提供给变频电源的模拟量

变频电源提供1路4～20mA电流源输入，其输入可根据用户不同的要求进行定义，满足用户多方面的需求，可定义为给定频率、给定转速、压力反馈等。
6.7通讯协议

默认通讯协议为MODBUS通讯协议，通讯接口为RS485接口。通讯协议：PROFIBUS通讯协议，提供2个通讯口，与现场上位机组成冗余系统（现场上位机为西门子S7-400冗余系统）。
7 高压变频电源在水泵测试台使用效果

该设备自投运以来，改造达到了预期目的。高压变频电源现场运行如图4所示，变频电源测试10kV电机水泵的测试界面如图5所示，高压变频电源视在功率476kW，有功功率414kW，输入电压10.59kV，输出电压10.52kV，输入电流23.9A，输出电流24.8A，输出频率50.00Hz，测试实验非常方便。
（1）开云(中国)电子公司生产的JD-BP38－7000高压变频电源所有部分装在配电柜内，不需要另外的电抗器、滤波器等设备装置。体积小，结构紧凑，安装简单，现场配线少，调试周期短，投入生产快。
（2）高压变频电源的运行参数及各种指示在触摸屏均有显示。
（3）电源带有标准通讯接口，上位机可以通过通讯完全集控变频电源。
（4）变频电源非常方便实现测试各种电机水泵测试需求，只需设定相应的参数即可，可任意拖动10kV/6kV/3kV/2300V/1100V等电压等级，不超过450A电流，0-72Hz水泵完成测试各种实验。
（5）具有与进口设备同样的测试效果，大大降低了水泵测试成本。

图4 高压变频电源设备现场运行照片

图5 高压变频电源人机界面

（6）附录用变频电源测试的水泵型式试验报告

测试中心对水泵的流量、扬程、转速、轴功率及效率等性能参数进行实际测试。在水泵不同流量的条件下，分别对水泵扬程（进口扬程、出口扬程、总扬程）、功率、转速、效率进行测试。变频电源根据用户要求，输出电压10kV，带载输出稳定，电压、电流及谐波等各方面性能指标满足要求，达到了改造的预期目的。型式试验报告见图6所示。