米玉葉

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

高壓變頻器變工頻切換改造在高揚(yáng)程供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

米玉葉

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009)

針對(duì)地下泵站高壓變頻器變頻轉(zhuǎn)工頻過程中，由于高壓電動(dòng)機(jī)短暫失電造成水泵輸出功率降低，而出水管高揚(yáng)程、大流量水流致使水泵及高壓電動(dòng)機(jī)瞬間倒轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致電源開關(guān)跳閘、對(duì)水泵機(jī)械沖擊等安全隱患問題，提出在工頻旁路回路增加串聯(lián)同期限流柜的改造措施，通過對(duì)改造后的系統(tǒng)進(jìn)行空載和負(fù)荷運(yùn)行測(cè)試，新系統(tǒng)滿足高壓變頻器在切換轉(zhuǎn)換過程中高壓電動(dòng)機(jī)不失電、平穩(wěn)切換的要求。

高壓變頻器；同期；限流；切換；改造

地下泵站設(shè)計(jì)抽水總流量為1.66 m3/s，泵站運(yùn)行揚(yáng)程120 m～137 m，安裝5臺(tái)臥式單級(jí)雙吸離心泵，配套5臺(tái)高壓異步電動(dòng)機(jī)、5臺(tái)高壓變頻器，電壓等級(jí)10 kV，單機(jī)配套功率1 800 kW，5臺(tái)高壓變頻器都是自動(dòng)一拖一旁路方式?，F(xiàn)場(chǎng)要求變頻器不僅具備帶水泵長(zhǎng)期變頻運(yùn)行的功能，而且還具備變頻切換到工頻運(yùn)行的功能(即：變頻器可作為軟起動(dòng)的功能)。高壓變頻器變頻切換到工頻運(yùn)行的過程中，高壓電動(dòng)機(jī)會(huì)有短暫的失電(切換的過程中，變頻器先切除輸出開關(guān)，再合閘工頻開關(guān)，開關(guān)及初期的動(dòng)作時(shí)間決定在這個(gè)過程中電機(jī)會(huì)有50 ms～70 ms的失電，并且還有3個(gè)周波以上的沖擊電流)。由于現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載為抽水泵，具有120 m～137 m高揚(yáng)程的特性，這樣就存在高壓電動(dòng)機(jī)短暫失電造成水泵輸出功率降低，而出水管高揚(yáng)程、大流量水流致使水泵及高壓電動(dòng)機(jī)瞬間倒轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致電源開關(guān)跳閘、對(duì)水泵機(jī)械沖擊等安全隱患。鑒于負(fù)載的特殊性，要求變頻器在切換轉(zhuǎn)換過程中電機(jī)不失電、平穩(wěn)切換。為了有效解決上述問題，需在工頻旁路回路增加串聯(lián)一個(gè)同期限流柜。

1 一次回路修改

原變頻器一次回路及新增同期限流柜后變頻器一次圖分別如圖1，圖2所示。

圖1 原變頻器一次圖 圖2 改變變頻器一次圖

新增同期限流柜的作用主要是在變頻輸出回路增加串聯(lián)一個(gè)同期電抗器，同期限流柜中電抗器的作用主要是抑制同期切換過程中由于變頻器檢測(cè)工頻電源電壓以及變頻器輸出電源電壓的檢測(cè)誤差所形成的兩個(gè)電壓源(變頻器、工頻電網(wǎng)均為電壓源特性，具有內(nèi)阻抗較小的特點(diǎn))并網(wǎng)時(shí)可能導(dǎo)致的環(huán)流，從而避免切換過程中對(duì)變頻器功率元件的損壞、避免對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷沖擊。

2 控制回路修改

1)把同期限流柜的QF4的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)、合閘/分閘送到變頻器控制柜的PLC；

2)在QF3的合閘允許回路(目前為QF2的常閉點(diǎn)，用來作為QF2與QF3兩者的閉鎖)上并一個(gè)干節(jié)點(diǎn)，在變頻器轉(zhuǎn)工頻的轉(zhuǎn)換過程中，取消該閉鎖，允許QF3與QF2同時(shí)合閘。

3 現(xiàn)場(chǎng)PLC邏輯修改

實(shí)現(xiàn)同期切換過程中QF1、QF2、QF3、QF4斷路器的動(dòng)作。具體動(dòng)作順序?yàn)椋鹤冾l控制器發(fā)出同期信號(hào)到PLC后，PLC自動(dòng)分閘同期柜中的旁路接觸器QF4，把同期電抗器串聯(lián)如變頻器的輸出回路中，再自動(dòng)合閘工頻旁路斷路器QF3，再分?jǐn)嘧冾l輸出QF2，最后分?jǐn)嘧冾l器輸入開關(guān)QF1,從而把變頻器處于旁路工頻運(yùn)行狀態(tài)(QF1，QF2，QF4分閘狀態(tài)，QF3合閘狀態(tài))，完成變頻器由變頻運(yùn)行切換到工頻運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。

4 低壓調(diào)試

變頻輸入斷路器(QF1)、變頻輸出斷路器(QF2)、工頻旁路斷路器(QF3)均在試驗(yàn)位置，給變壓器一次側(cè)加AC380V，然后模擬調(diào)試變頻運(yùn)行至50 Hz，就地給“變頻切工頻”指令，待變頻輸出電壓與變壓器一次側(cè)電壓相位、幅值、頻率一致時(shí)，控制器發(fā)同期信號(hào)給PLC，PLC自動(dòng)完成變頻切工頻轉(zhuǎn)換。

5 高壓空載調(diào)試

變頻輸入斷路器(QF1)在工作位置，變頻輸出斷路器(QF2)、工頻旁路斷路器(QF3)均在試驗(yàn)位置。合進(jìn)線斷路器，變頻自動(dòng)待機(jī)，啟動(dòng)變頻器后給“變頻切工頻”指令，變頻自動(dòng)完成鎖相、切換工作。

鎖相過程如下圖所示(細(xì)線為工頻側(cè)電壓波形，粗線為變頻輸出側(cè)電壓波形)：

圖3 變頻升速過程1

圖4 變頻升速過程2

圖5 鎖相前

圖6 完成鎖相(*1倍)

圖7 完成鎖相(*2倍)

6 高壓帶載調(diào)試

變頻輸入斷路器(QF1)、變頻輸出斷路器(QF2)、工頻旁路斷路器(QF3)均在工作位置。合進(jìn)線斷路器，變頻自動(dòng)待機(jī)，啟動(dòng)變頻器后給“變頻切工頻”指令，變頻自動(dòng)完成鎖相、切換工作。帶載調(diào)試時(shí)重點(diǎn)關(guān)注切換電流、切換前后水泵流量及轉(zhuǎn)速變化。通過在現(xiàn)場(chǎng)控制室對(duì)比切換前后主管瞬時(shí)流量及電機(jī)轉(zhuǎn)速，前后數(shù)據(jù)均一致。且切換過程中高壓開關(guān)柜沒有動(dòng)作，說明切換電流肯定小于開關(guān)柜速斷電流。

圖8 完成鎖相(*4倍)

7 結(jié)束語

通過低壓調(diào)試、高壓空載調(diào)試、帶負(fù)載調(diào)試等試驗(yàn)驗(yàn)證可以說明，高壓變頻器采用鎖相同步切換技術(shù)，對(duì)于變頻工頻切換過程完成，對(duì)變頻系統(tǒng)本身、對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)以及電網(wǎng)均無沖擊，實(shí)現(xiàn)平滑切換。因此，采用該高壓變工頻同期切換技術(shù)對(duì)減小電動(dòng)機(jī)切換時(shí)的電流沖擊有顯著作用，大大降低電氣、機(jī)械沖擊對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的損傷，減小設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用，并保證設(shè)備長(zhǎng)期的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

Application of the Reform for High Voltage Inverter Variable Frequency to Work Frequency Switching in High-lift Water Supply System

Mi Yuye

(ShanxiInstituteofMechanicalandElectricalDesign,TaiyuanShanxi030009,China)

During the process of Variable Frequency (VF) to Work Frequency (WF) Switching of high voltage inverter in underground pump station, due to the output power of the pump is reduced due to the transient loss of the high voltage motor, and the water pump and high voltage motor will be instantaneous reversal caused by the high lift of outlet pipe and large flow so as to result in the security problem of power switch trip and mechanical impact of pump, the paper The paper puts forward the measures to increase the series of the same period flow cabinet in the power frequency bypass circuit. Through no-load test and load test, the new-designed system is in conformity with that the high voltage motor has a non-dropout in power and smooth switch in the switching process.

high voltage inverter; synchronization; current limitation; switching; reform

圖9 完成鎖相(*10倍)

2017-04-14

米玉葉(1973- )，女，山西應(yīng)縣人，工程師，大學(xué)本科，主要從事技術(shù)管理工作。

1674- 4578(2017)03- 0031- 03

TN773

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