趙 輝

（萊蕪市燃?xì)鉄崃τ邢挢?zé)任公司，山東 萊蕪 271100）

目前，在我國(guó)隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓?jiǎn)栴}，在一些工業(yè)領(lǐng)域中不斷通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決，受到諸多企業(yè)的歡迎。

據(jù)筆者的不完全統(tǒng)計(jì)，在電力、市政供水、冶金、化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用的泵類負(fù)載，占整個(gè)用電設(shè)備能耗的40%左右，而電費(fèi)在自來水廠甚至占制水成本的50%。其中原因有以下幾個(gè)方面：第一方面，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)通常都留有一定的余量；第二方面，由于工況的變化，需要泵機(jī)輸出不同的流量。

但從我國(guó)目前實(shí)際應(yīng)用來看，它的使用有的節(jié)能高達(dá)30%-40%，大幅度降低了自來水廠的制水成本。

1 高壓變頻器的原理、特點(diǎn)及組成

總的來說，高壓變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另外一種頻率的電能控制裝置。它具有運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、輸出波形正弦好、輸入電流功率因數(shù)高、效率高等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小的諸多特點(diǎn)。筆者經(jīng)過多年的工作經(jīng)驗(yàn)得知，有的高壓變頻器功率因數(shù)高，不必采用功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，輸出波形好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)。高壓變頻器的組成具體如下所示。

另外，高壓變頻器的輸入側(cè)移相變壓器它是給每個(gè)單元供電，每個(gè)功率單元都承受電機(jī)電流、1/10的相電壓、1/30的輸出功率。30個(gè)單元在變壓器上都有自己獨(dú)立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，目的是實(shí)現(xiàn)多重化，降低輸入電流的諧波成分。

它的輸出側(cè)結(jié)構(gòu)是由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組。它可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

2 項(xiàng)目改造

2.1 項(xiàng)目介紹。我省某公司擁有設(shè)備為630kW/10kV和400KW/10KV主鍋爐風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，電機(jī)啟動(dòng)方式采用水電阻啟動(dòng)。根據(jù)公司的要求和規(guī)定工藝要求的風(fēng)量要根據(jù)進(jìn)料量進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外根據(jù)產(chǎn)量高低，風(fēng)門開度僅控制在30～35%左右。

2.2 變頻器選型。根據(jù)筆者的實(shí)踐來看，在一般情況下易驅(qū)變頻器容量應(yīng)不小于電動(dòng)機(jī)容量。但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工作中，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況來選擇合適的變頻器容量，我們選擇電機(jī)分別為10kV/630kW和10kV/400kV，滿足50Hz時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行要求，我們?yōu)槠渑鋫淞巳萘繛?10KVA和500kVA的變頻器以滿足各種工況下不同轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求。

在這個(gè)選型中的變頻調(diào)速系統(tǒng)它的構(gòu)成包括，用戶開關(guān)、手動(dòng)旁路柜、FRHV5000系列高壓變頻器、高壓電機(jī)組成。這其中手動(dòng)旁路柜是由三個(gè)真空高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成。電機(jī)以變頻方式運(yùn)行時(shí)， QS1、QS2閉合，QS3斷開；電機(jī)以工頻方式運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1、QS2斷開。變頻與工頻之間切換手動(dòng)完成。手動(dòng)旁路柜嚴(yán)格按照“五防”聯(lián)鎖要求設(shè)計(jì)，變頻輸出開關(guān)QS2和工頻開關(guān)QS3互鎖，完全能夠保證變頻調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。

在設(shè)計(jì)具體系統(tǒng)方案時(shí)，我們務(wù)必遵循“最小改動(dòng)，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性”原則，考慮到變頻器退出運(yùn)行后，為了不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，配置工頻旁路，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將電機(jī)投切到工頻下運(yùn)行。

3 高壓變頻器的主回路設(shè)計(jì)案例

一燃?xì)鉄崃居?#循環(huán)泵與1#鍋爐引風(fēng)機(jī)高壓變頻器，采用的是一拖一自動(dòng)旁路控制方案。其中一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行；并且，變頻器旁路部分具有互鎖功能，確保電機(jī)不出現(xiàn)變頻、工頻同時(shí)驅(qū)動(dòng)。其一次電路如下圖所示。

根據(jù)上圖所示的我們分析來看，DCS系統(tǒng)輸出 4～20mA電流信號(hào)控制JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行頻率，來控制電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)反饋4～20mA電流信號(hào)指示JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的輸出頻率、輸出電流。JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)接收DCS控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、急停、復(fù)位控制信號(hào)，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。

筆者認(rèn)為，當(dāng)JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)輸出故障停機(jī)和報(bào)警信息，用于提示用戶啟動(dòng)故障處理措施，同時(shí)JD-BP38高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送給DCS，在DCS系統(tǒng)上顯示故障，以便于及時(shí)的排除故障。如果系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，DCS監(jiān)視人員立即點(diǎn)擊變頻器緊急停止按鈕，此時(shí)變頻器立即封鎖輸出，并及時(shí)跳開現(xiàn)場(chǎng)10kV小車開關(guān)。

4 案例總結(jié)

筆者認(rèn)為，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓變頻器的廣泛應(yīng)用已成為發(fā)展趨勢(shì)。它是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。

經(jīng)過案例的實(shí)際應(yīng)用，高壓變頻器以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的一種工具。近年來，逐步發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實(shí)現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。

[1]王津軻.變頻器諧波治理與無功功率補(bǔ)償[J];包鋼科技，2008年（1）

[2]周淑彥.變頻器在典型負(fù)載上的應(yīng)用[J];辦公自動(dòng)化，2008年（8）

[3]彭偉.電力變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的非故障原因分析[J].安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（2）