高压变频装置范文

高压变频装置范文（精选9篇）

高压变频装置 第1篇

1 某电厂的变频改造

1.1 交流变频调速技术的运用

交流变频调速技术是当代电力电子技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。变频调速的主要工作原理是:通过微电子器件、电力电子器件和控制技术, 将工频交流电源经过整流变成直流, 再由GTR、IGBT等开关元件逆变为频率、幅值均可调的交流电源以驱动电动机。

高压变频装置对高压电机动节能是明显的, 其优点是接线简单, 不需要更换电动机, 占地面积小。实践证明, 变频装置用于风机、水泵类设备驱动控制取得了显著的节能效果, 是一种理想的调速控制方式。

1.2 改造方案简介

某电厂3、4号炉2台一次风机电动机均为1120k W, 系统正常运行时2台一次风机均要运行, 3号炉于2007年改造安装了2台美国的NBH型高压变频装置, 4号炉于2008年改造安装了2台日立DHVECTOL系列高压变频装置, 均采用“一拖一”方式。3、4号机2台凝结水泵电动机均为900k W, 运行方式为一用一备, 3号机于2007年改造安装了1台美国的NBH型高压变频装置, 4号机于2008年改造安装了1台九洲Power Smart6000-A/112型高压变频装置, 采用“一拖二”方式, 如图1所示。

2台发电机组共使用了6套高压变频装置, 并单独修建了高压变频室, 变频装置的控制是利用在原有机组DCS系统上增加部分卡件来实现。

另外, 考虑到变频装置对温度要求较高, 布置了3台水冷柜式空调, 每台空调配套安装了冷却水泵及冷却塔各1台供空调冷却水使用。

2 经济效益分析

由于在相同条件下风压和流量的大小与电动机电流的大小成正比, 所以这里只用工频运行档板调节时的电动机电流和变频调节时变频装置的输入电流作一比较, 从中说明节电效果, 具体数据见表1 (注:风机的功率因素为0.85, 变频装置为0.96) 。

以上只能利用电流的变化进行比较, 实际运行中不同工况的节能效果有所差异, 但从结果上看节能效果非常显著:4号机一次风机的平均节电率为40.0%, 最高节电率达到53.2%;凝结水泵的平均节电率为40.0%, 最高节电率达到50.5%。均达到了节能变频改造的目的。

该电厂过去6年中平均单机运行小时大约为4000h, 全年的平均负荷率约为75%, 在变频控制状况下运行节电率约为40%, 一次风机的实际功率为65%×1120k W=728k W, 2台一次风机节约电量为:1120k W×40%×4000h×2=358.4万k Wh。凝结水泵的实际功率为65%×900k W=585k W, 1台凝结水泵节约电量为:900k W×40%×4000h=144万k Wh。此2项年节约经费为: (3584000+1440000) k Wh×0.38元/k Wh=1909120元。高压变频改造总投资约400万元, 按上述工况运行, 大约2年多则可收回改造投资。

3 变频装置运行情况

3.1 高压变频装置的运行简况

自高压变频装置投入以来, 该厂加强了对高压变频装置的运行分析统计工作。全厂高压变频装置投入率很高, 达到99.87%, 其中, 4号机凝结水泵变频装置投入率最高, 达到99.93%。变频装置退出的最主要原因是一次元件故障, 如功率单元故障就有10次之多, 占故障总次数的77%。为了提高高压变频装置的投入率, 充分发挥变频装置的应有效益, 建议一方面加强对功率单元故障的技术研究, 进一步提高功率单元的运行可靠性;另一方面在购买变频装置时, 可备1~2个功率单元, 故障更换后立即寄往厂家维修, 确保运行不中断。

3.2 高压变频装置故障跳闸的防范措施

2012年10月, 该电厂发生过1次一次风机变频装置跳闸故障。在启动4号机组6k V一次风机变频装置大功率设备2s后, 该变频装置跳闸。通过对DCS开关跳合闸波形图分析, 在启动设备前6k V厂用电该段母线二次电压58.05V, 电流840A, 属正常情况。启动设备后, 电流明显增大, 母线二次电压降到46.7V左右, 持续时间3.5s, 变频装置低电压出口动作跳闸。据查, 4号机一次风机变频装置输入电压低于额定电压的80%, 延时2s跳闸, 上述故障情况下6k V厂用电母线二次电压降到46.7V, 为额定电压的80.9%, 且持续时间3.5s, 均接近或滿足低电压保护定值, 所以造成了一次风机变频装置跳闸。

故障发生后, 该厂通过全面的检查测试, 认为东方日立生产的高压变频装置的低电压定值设置较高, 不太适合现场实际运行情况, 必须改进, 采取了以下防范措施, 至今未发生过类似故障。

(1) 供电电源的电压调整至6.3~6.5k V。

(2) 将低电压定值调整至75%。

(3) 将该大功率设备的勺管开度跟踪进行限制。

另外, 6k V厂用电母线区外故障或启动大功率设备均可能引起母线电压降低, 建议在高压变频装置招标时明确变频装置低电压定值低于75%、延时大于1s, 该设定较为安全可靠。

4 结束语

高压变频装置 第2篇

高压变频调速装置在转炉烟气净化及煤气回收系统的应用及发展前景

摘要：在此介绍了昆明钢铁公司第二炼钢厂3×30t转炉烟气净化及煤气回收系统上采用的高压变频调速装置的技术参数和设计方案,对各类调速装置的`选型进行了分析对比,对应用效果和使用经济性进行了分析,并介绍了高压变频调速装置在转炉炼钢厂的应用前景.作 者：马世立    杨文喜    殷卫民    Ma Shili    Yang Wenxi    Yin Weimin  作者单位：马世立,Ma Shili(中冶赛迪工程技术股份有限公司,重庆,400013)

杨文喜,殷卫民,Yang Wenxi,Yin Weimin(昆明钢铁公司第二炼钢厂,云南昆明,650302)

期 刊：环境工程  ISTICPKU  Journal：ENVIRONMENTAL ENGINEERING 年，卷(期)：2007, (z1) 分类号：X7 关键词：高压变频调速装置    转炉    烟气净化    煤气回收    应用   

高压变频装置 第3篇

1 变频调速技术的优点分析

在电厂中引进变频调速技术有利于提升电厂的发电水平与质量, 因为, 在损耗不增加的前提下, 实现在调速中转差率小, 保持较高的功率因数, 在不降低原有功率系数的情况下, 能够确保各设备正常运作。同时, 变频调速技术能够使电动机在启动和停止电机时电流冲击极小, 实行软起动、软停运, 相比以往的启动模式, 软启动能够直接提升起动功率约6倍, 并实现可调节操作。因此, 这不仅仅使起动电流起动时母线的电压下降较少, 还延长了电动机的使用寿命, 并能够使电动机容量提高到2~4倍。这样, 电机在运行起来的温升和轴泵温升下降明显, 延长了大修周期, 减少了机械部分的磨损和振动, 为电力企业节省了大笔开支, 并具有显著的节电效果。

2 电厂中变频装置技术所存在的问题

2.1 由于电厂中的高压变频器的逆变和整流电路都使用了电

力电子器件的开关特性, 在运作过程中其输入电流谐波会给厂用高压系统带来一定的干扰, 不可避免会带来谐波污染, 并会影响到周围其他设备的正常运转。因此, 在变频装置中必须采取措施加以解决, 性能好的变频器可满足IEEE519-1992的谐波抑制标准, 确保电厂各设备的正常运作。

2.2 对于高压变频装置, 其可靠性与安全性是重要的技术指标,

因为, 高压变频装置可靠性的高低不仅关系到电厂高压厂用电系统的稳定与否, 还关系到其节能效果的好坏, 并从中看出其是否符合节能设计要求。如果高压变频器故障率太高, 不仅耗费高额的维护费用, 还无法达到预期节能效果。

2.3 一般情况下, 电厂的高压变频器柜主要涉及到以下几种组

成单元:移相变压器柜、功率单元柜、由电源切换柜、进线保护柜、控制柜, 该系统所占面积较大, 同时变频器柜柜内电子元件比较多, 需专用房间, 还必须安排专人来定期巡查与检测, 对运行环境要求较高、二次控制接线复杂, 空调要求严格, 在很大程度上增加了维护工作量及故障率, 还需定期更换整套变频装置元件, 从而极大地降低了高压变频装置的工作效率。

3 高压变频装置在电厂中的应用情况探析

研究表明, 电厂内各机械设备负荷类型可分为二次方转矩、恒转矩、波动功率等, 不同的负荷类型其对能源的需求不同。其中, 对于风机和泵类二次方转矩负荷, 由于采用了高压变频技术, 泵或风机的转矩与转速二次方成正比, 其功率与转速三次方成正比, 而流体流量与泵或风机的转速一次方成正比。由此可见, 在引入变频调速装置后, 变频器控制电机转速降低, 泵和风机流量减小, 节能效果非常显著, 其能耗将以转速三次方的速率下降, 能够很好地符合节能设计要求与标准。对于恒转矩负荷, 由于采用变频调速控制后的节能技术, 与高压变频二次方转矩负荷相比, 效果较差。因为, 通常情况下, 电机是独立运行的, 其功率仅与电源频率的一次方成正比, 电机功率与电源频率没有成比例的关系, 而对于碎煤机类的功率波动负荷, 如果不采用变频器装置与技术, 基本没有什么节能效果, 难以进行达到理想的节能技术要求。所以, 在电厂中为了实现节能、提高效率, 必须采用变频调速控制, 尤其是送风机、引风机、一次风机、排粉机、循环水泵以及灰渣泵、凝结水泵等的应用, 才能切实地使电厂综合能耗降低。目前变频器的应用只有一部分是在电厂新建时使用, 更多的是后期改造, 这样容易造成新的浪费。对于变频器的运用应该在电厂建设立项时就应该与设备选型同时进行, 这样就减少前期设计中预留额度, 使综合效率更高。

对于如何在电厂风机类电动机进行变频改造, 人们对该领域技术研究较多, 已经得出不少成果。例如, 有数十个电厂的风机类电动机采用了几百套变频调速装置, 并且采用不同的电动机功率, 其变化范围由250kW至3100kW不等, 因为, 提高风机的运行效率对降低厂用电率具有重要的作用。而对于200MW及以下电机, 一般采用调整入口导向叶片角度的方式来调节风量, 这种风门调节的截流损耗一般为30%的额定容量, 有效地提高能源利用效率。同时, 在运行过程中为了保证锅炉的负压和燃烧的稳定, 确保电厂发电功率正常, 必须根据现场实际及时调整风量和煤粉量, 才能全面地提升电厂的整体发电水平。而变频器的平滑调节特性就能很好的满足这个需求, 尤其是一次风机的调节最为关键, 由于一次风压力和流量要求比较平稳, 不能大幅波动, 同时在启停制粉系统操作和加减负荷时都是频繁操作, 此时用上变频调节会给安全稳定运行带来很显著的效果。

4 结语

综上所述, 随着电厂在人们日常生产生活中所扮演的角色越来越重要, 人们对其提出了更高的要求与标准, 这就需要相关部门必须大力引进变频调速技术, 将变频装置推广与应用到电厂运作中, 从而为最终降低电厂能耗, 提高能源利用率, 并为电厂实现经济效益与社会效益提供可靠保障。同时, 由于变频技术在我国的发展与应用较晚, 各方面发展有待完善, 变频器柜内众多电子元件对环境的要求极高, 为了确保变频装置的正常工作, 电厂必须对采用变频器进行必要的防尘、防潮、防震处理, 并安排专门人员定期对其进行相关检查, 及时记录运转数据, 发现问题及时解决, 以提高可靠性, 确保电厂各装置设备的正常工作

摘要：作为一个能源消耗大国, 火力发电厂在我国经济发展中发挥重要作用, 然而, 在节能减排以及我国和谐社会构建的新社会背景下, 人们对电厂提出了更高的要求与标准。从而使得高压变频装置在电厂中得到推广与应用, 并在一定程度上解决了我国电厂发展中所遇到的问题。本文主要是对高压变频装置在我国电厂中的应用情况进行探讨分析, 并提出了自己相应的观点。

关键词：高压变频装置,电厂,应用,探讨

参考文献

[1]张庆彬.高压变频装置在电厂中的应用[J].科技促进发展 (应用版) , 2010, (10) .

[2]千台领军市场, 利德华福开启高压变频行业新纪元[J].电气传动, 2007, (07) .

[3]侯志高.2007年中国变频器产业发展分析[J].电器工业, 2008, (08) .

[4]十年磨砺, 共铸辉煌-利德华福成立十周年暨高压变频器销售业绩突破2000台[J].变频器世界, 2008, (11) .

高压变频器构成及测试 第4篇

哈尔滨九洲电气股份有限公司成立于，是以“高压、大功率”电力电子技术为核心技术，以“高效节能、新型能源”为产品发展方向，从事电力电子成套设备的研发、制造、销售和服务的高科技上市公司，

本文主要对PowerSmart系列高压变频器功能、出厂测试进行介绍。

1 Power SmartTM高压变频调速控制装置系统组成

Power SmartTM系列高压变频调速系统主要由切分移相干式变压器柜、功率单元柜、控制单元柜、远控操作箱、旁路开关柜等部分组成。切分移相干式变压器为变频器的输入设备，一般由铁心、输入绕组、屏蔽层、输出绕组及冷却风机、过热保护等部分构成。控制单元柜主要由主控制器、温控器、风机保护器、人机界面(数码管和彩色触摸屏可选)、PLC、嵌入式微机、开关电源、EMI模块、隔离变压器、空气开关、接触器、继电器、模拟量模块、开关量模块等组成。

2 工作原理

Power SmartTM系列高压变频器是采用单元串联多重化技术属于电压源型高-高式高压变频器。所谓多重化，就是每相由几个低压功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器来独立供电。采用多重化叠加的方式，使变频器输出电压的谐波含量很小，不会引起电动机的附加谐波发热。其输出电压的dV/dt 也很小，不会给电机增加明显的应力，因此可以向普通标准型交流电动机供电，而且无需降容使用。由于输出电压的谐波和dV/dt都很小，不需要附加输出滤波器，输出电缆也长度无要求。由于谐波很小，附加的转矩脉动也很小，避免了由此引起的机械共振。变频器工作时的功率因数达0.96以上，完全满足了供电系统的要求。因此不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置，也不会与现有的补偿电容装置发生谐振，变频器工作时不会对同一电网上运行的电气设备发生干扰，因而被人们誉为“完美无谐波的高压变频器”。

3 技术特点

采用双DSP控制，可靠性高，杜绝了变频器死机问题;采用36脉冲整流(以6KV变频器为例)及空间矢量多重化PWM技术，每相由6个功率单元串联而成，并直接驱动电动机，无需输出升压变压器，

输出电平数高，dv/dt很小，输出波形接近正弦波。采用专利技术的实时光纤传送技术，对功率单元进行控制。变频器输出转矩脉冲窄，控制精度高，避免了机械共振。完善的自我诊断和故障预警机制，上电自检，运行中实时监测，检测速度高。通过双DSP系统，实现纳秒级运算并进行综合判断，分析准确，减少变频器误报警。

具有PWM控制波形与逆变输出波形实时验证功能，提高了输出波形的准确性，增强了系统无故障的运行能力。具有反转启动和飞车启动功能，无论电机处于正转还是反转状态，变频器均可实现大力矩直接启动。具备来电自启动功能，避免电网短时失电对生产造成影响。变频器发生短路、接地、过流、过载、过压、欠压、过热等情况时，系统均能故障定位并且及时告警或保护，对电网波动的适应能力强。支持中心点偏移式的旁路技术。当某一个功率单元失效时，能够立即对该单元实施旁路处理，而整个变频器的输出仍能维持94%以上的电压，这保证了系统的不间断运行。

4 出厂测试

Powersmart系列高压变频器检验项目(全功率出厂测试)包括：①一般检验：包括外观、部件、元器件。②电气间隙与爬电距离检验。③安全与接地检验。④外壳防护检验。⑤保护功能检验。⑥显示功能检验。⑦效率检验。⑧功率因数检验。⑨输出电压检验。⑩频率分辨率检验。 过载试验。 连续运行试验。 启动特性控制实验。 温升试验。 谐波实验。 控制回路上电源切换实验。 不间断后备电源实验。 高压掉电短时跟踪再启动实验。 飞车启动试验。

九洲电气生产的每一台PowerSmart系列高压变频器，在出厂时都经过严格测试。九洲电气组建了高压大功率变频器实验室。具体包括：电气性能试验室，负责对产品的工频耐压、电气绝缘、三防、效率、功率因数、产品的动态特性等性能进行综合测试。电磁兼容实验室，负责对产品进行快速脉冲群、静电、浪涌、电压跌落等项目试验。单元模块老化实验室，负责对每一个功率单元、控制单元板进行高温带载72小时老化实验。中高压变流试验站，是与罗克韦尔共同建造的，负责对中高压等级的变频器、软启动器、兆瓦级风力发电变流器、SVC产品进行智能化带负载性能测试。其所能测试等级为690V到10KV,最大测试功率可达到5000KW。它为高压变频器的技术发展提供了一个全方位的试验平台。

参考文献：

高压变频装置 第5篇

RHVC-10型高压变频装置是采用IGBT变频功率单元串联多重化技术、数字控制技术、SPWM脉宽调制技术及超导管散热技术研制的高压电动机变频节能调速设备。它属于高-高电压源型变频器, 由功率柜、变压器柜和旁路柜3部分组成。

RHVC-10型高压变频器采用目前国际流行的功率单元串联多电平技术, 每个功率单元都由1台三相输入、单项输出的脉宽调制型低压变频器构成, 然后将其串联升压。如图1所示, 变压器副边3组绕组分别向同一级的3个功率单元供电;第1级每个单元的1个输出端连接在一起, 形成星型连接点;另一个输出端与下一级功率单元连接, 形成1个星型连接的三相高压电压源, 驱动电动机运行[1]。

RHVC-10型高压变频器的主要技术特点是:

1) 谐波小。通过移相变压器相同标号副边绕组相位一致, 不同标号副边绕组存在相位差, 消除了电力电子器件产生的谐波。通过实测, 变频器网侧谐波小于2%, 输出侧电压电流谐波分别小于3%和1%, 不需加装滤波器。

2) 功率因数高。实测发现, 在不同负荷下功率因数都可达到97%以上。

3) 直接高-高型。可以直接输出6 kV, 无须加装输出变压器, 节约了设备投资。

4) 运行可靠性高, 具有功率单元自动旁路功能。当功率单元发生故障时, 系统采用中性点偏移技术自动旁路故障单元, 使输出的3个线电压仍然相同, 转速仍然可以达到额定转速的97.5%, 系统得以继续运行, 而不影响生产。可以在方便的时候停机或者切换到工频下运行, 然后用备用模块更换故障模块。

5) 可连续调速, 选择最佳速度实现电动机软启动, 启动电流小。可根据速度曲线图自动控制, 既节约了能源, 又提高了生产效率。

2 变频改造方案

热电厂75 t/h锅炉引风机为离心式通风机, 变频改造前引风机的风量调节由调节挡板开度来实现, 其参数如表1所示。

根据75 t/h循环流化床锅炉目前的实际运行及其负荷情况, 选择变频器的额定容量为400 kVA。正常运行时, 风机挡板设到全开位置。为了充分保证系统的可靠性, 变频器同时加装工、变频旁路装置 (图2) , 变频器发生异常时, 变频器停止运行, 电动机可以直接手动切换到工频下运行。该装置由2个高压隔离刀闸QS1、QS2和断路器KM2、KM3组成。要求断路器KM2不能与KM3同时闭合, 在电气上实现互锁。变频运行时, QS1、QS2及KM2闭合, KM3断开;工频运行时, KM3闭合, QS1、QS2及KM2断开。

为了保护锅炉系统, 实现引风机故障跳闸时一次风机、二次风机和给煤机的连跳, 通过DCS系统对上述电动机进行了软连锁;变频调速系统配置上位机, 通过DCS系统可以对变频器进行启动、停机、加速和减速控制。

3 变频器运行节能效果测试

为了检验变频器运行效果, 分别于2010年10月9日至11日 (变频器投运前) 和2010年10月12日至14日 (引风机安装变频器后) , 对1#炉机引风机电动机功率及电源侧功率因数进行测试, 测试在相同运行方式及相同工况下进行。测试数据见表2。

由实际测量结果可以看出, 变频器运行时, 引风机电动机功率因数在机组负荷160 kW时比变频前平均提高约0.325;在机组负荷310 kW (接近满负荷) 时功率因数比变频前平均提高约0.23。变频器运行时, 引风机电动机实际消耗功率, 在机组160 kW负荷时, 减少87 kW;在机组负荷310 k W时, 减少55 kW。

75 t/h循环流化床锅炉引风机变频装置于2010年10月12日投入运行, 投运前3天的引风机平均电量为14 040 kWh, 投运后3天的平均电量 (工况与变频装置投运前基本相同) 为7 862 k Wh。

由统计结果可以看出, 在工况 (平均负荷率约为62%) 基本相同的情况下, 平均每天节约电量6 178 kWh, 节电率为44.01%。

4 变频改造效益计算

75 t/h循环流化床锅炉按2009年运行情况考虑, 全年运行335天, 平均负荷率约为55%, 全年节电量 (按65%负荷率计算) 为:6 150 kWh/d×335 d=2 060 250 kWh。按公司外购电价0.62元/ (kWh) 计算, 全年可节约电费127×104元。同时, 由于使用变频装置谐波减少, 消除了由此引起的机械振动, 降低了轴承和传动部分的损耗, 延长了轴承的使用期;并且由于电动机经常降速运行, 减少了风机的磨损, 也节约了检修维护费用。

5 结语

75 t/h循环流化床锅炉引风机自2010年10月12日开始运行以来, 运行状况良好, 节能效果明显, 为公司带来很好的经济效益。高压变频调速装置作为一种安全、可靠、效率高的节能装置己为更多的企业所采用。

摘要：锅炉引风机是热电厂的主要耗能设备。中蓝石化大庆有限公司热电厂75 t/h循环流化床锅炉引风机使用风机挡板调节风量, 能量损失严重;为了降低用电量, 在75 t/h锅炉引风机上加装了RHVC-10型高压变频装置。测量结果表明, 当机组负荷160 kW时引风机电动机功率因数比变频前平均提高约0.325, 实际消耗功率减少87 kW;当机组负荷310 kW (接近满负荷) 时, 功率因数比变频前平均提高约0.23, 实际消耗功率减少55 kW。在工况 (平均负荷率约为62%) 基本相同的情况下, 平均每天节约电量6 178 kWh, 节电率为44.01%。

关键词：热电厂,锅炉引风机,高压变频装置,节能应用

参考文献

高压变频装置 第6篇

高压电气设备运行的可靠性和安全性要求非常高, 任何的隐患和故障都会威胁到整个电力系统的安全。电力设备在制造、运输、安装和运行过程中, 难免会产生如绝缘性能下降等各类缺陷甚至损坏。因此, 定期对高压电力设备进行检测和试验, 是排除潜在隐患、保障电力系统安全稳定运行的重要举措。本文结合国标规范, 重点阐述变频串联谐振装置在高压电缆试验中的应用。

1 高压电气试验简介

1.1 高压电气试验分类

高压电气试验一般可分为出厂试验、交接试验和预防性试验。出厂试验是确保产品设计制造的质量要求, 正式出厂前需要做的试验, 一般以出厂试验合格报告的形式交给客户。交接试验是在电气设备投运前需要做的试验, 用来排除设备运输和安装时带来的质量隐患和损坏。预防性试验是在电气设备投运后, 按一定周期来检查运行中的设备有无隐患和缺陷等。

1.2 高压电缆试验国标规范

2006年国家建设部发布GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》取代GB50150-1991《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》成为最新标准。新标准规定电力电缆试验项目包括:测量绝缘电阻、直流耐压试验及泄露电流测量、交流耐压试验、测量金属屏蔽层电阻和导体电阻比、检查电缆线路两端的相位、充油电缆的绝缘油试验和交叉互联系统试验共七项。橡塑绝缘电力电缆应做交流耐压试验, 当不具备条件时, 额定电压U0/U为18/30KV及以下电缆, 允许用直流耐压试验及泄露电流测量代替交流耐压试验。

2 变频串联谐振装置组成原理

2.1 串联谐振原理

所谓串联谐振, 是指在由电源、电感和电容组成的串联电路内, 当感抗值与容抗值相等时, 电路呈纯阻性状态, 电路中电压与电流同相位的现象。如图1所示。

原理图中参数含义:

电阻R:等效为电感和电容的内阻

电感L感抗:XL=2pf L

当线路发生串联谐振时, 满足XL=XC,

为电抗器的品质因数, 其值一般为几十到几百, 因此, 此时电容上的电压高于电源输入电压倍。变频串联谐振装置正是运用上述原理, 先通过调节变频谐振电源的输出频率达到谐振频率, 使回路处于串联谐振状态, 再在此状态下调节变频谐振电源的输出电压幅值, 使试品获得很高的试验电压满足试验要求。

2.2 变频串联谐振装置硬件组成

基于串联谐振原理, 变频串联谐振装置主要由变频谐振电源、励磁变压器、谐振电抗器和电容分压器等组成。如图2所示。

(1) 变频谐振电源:变频谐振电源基于绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 的正弦脉宽调制 (SPWM) 原理, 通过改变输出方波的占空比来获得等效正弦波电压输出。它由整流器、滤波器、逆变器和控制器四部分组成, 如图3所示。

交流电源先经二极管桥式整流电路后变成脉动直流, 然后经电容滤波后变成平直的直流, 最后通过逆变电路输出电压和频率可调控的交流。其中逆变器是变频谐振电源的核心所在, 控制器正是通过合理控制逆变器来获得不同幅值和频率的输出电压的。变频谐振电源同时集成过流、过压、IGBT保护等多重保护功能, 确保试验人员和设备的安全。

(2) 励磁变压器:励磁变压器是将变频谐振电源的输出电压升压到要求的试验电压, 满足电抗器、试品在一定品质因数下的电压要求。通常励磁变绕组个数与电抗器个数相同, 使用时根据电抗器使用情况而定, 电抗器串联则励磁变绕组也串联, 电抗器并联则励磁变绕组也并联。

(3) 谐振电抗器:谐振电抗器为干式, 满足现场不同情况的需求。实际应用中注意电抗器串联要注意分压、并联注意分流的问题。

(4) 电容分压器:电容分压器是试验电压的取样部件, 它由高压臂和低压臂组成。高低压臂用同种材料做在同一个筒内, 避免精度受温度影响。测量信号从低压臂引出, 作为试验电压的测量和保护信号。

2.3 变频串联谐振装置性能及注意事项

该款变频串联谐振装置性能如下:输入额定电压:220VAC。输出试验电压有效值:0~250k V。输出频率范围:0.1~300Hz。系统测量精度:交流有效值1级、峰值1级。品质因数 (Q值) :20~80。额定负载下允许连续运作时间:15~60分钟可调。具备手动/自动调谐、手动/自动升压和自动试验功能。具有过压、过流、过热、放电保护等多重功能。

实际高压电缆试验中则注意:变频谐振电源外壳在试验中要可靠接地, 以免出现电压反击现象。励磁变压器高压绕组为多绕组时, 若只使用一个绕组, 则其它绕组应避免悬空。谐振电抗器不可置于铁板等金属物品上, 避免产生涡流和放电现象。对电缆的主绝缘做耐压试验或测量绝缘电阻时, 应分别在每一相上进行, 其它相导体、金属套和铠装层一起接地。

3 高压电缆试验的国标规范参数要求

GB50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中对高压电缆试验参数进行了详细规定:橡塑电缆优先采用20~300Hz交流耐压试验, 其参数见表1。《山东电力集团公司电力设备交接和预防性试验规程》2003版中规定:橡塑绝缘电力电缆主绝缘交流耐压试验参数为表2。

4 结语

变频串联谐振装置集成多种试验模式、界面直观、操作简便、精度高。简化了试验步骤, 提高了效率, 确保了试验过程中人员和设备的安全。

参考文献

[1]李建明, 朱康.高压电气设备试验方法 (第二版) .北京:中国电力出版社, 2004.

[2]陈化钢.电力设备预防性试验技术问答.北京:中国水利水电出版社, 1998.

[3]黄永驹.高压试验.北京:黄河水利出版社, 2012.

高压变频装置 第7篇

关键词：移相变压器,IGBT,变频功率单元,四象限高压变频

小青矿为了降低主井提升机的耗电和集团公司节能要求, 减少大型设备用电, 也为了适应现代化企业生产的需要, 2005年主井提升机安装了两象限高压变频调速装置, 到2010年运行5年多, 运行发现两象限高压变频存在以下问题:

两象限高压变频器使用的电解电容寿命3-5年, 额定电压低 (400V) , 电流小, 耐高温特性差。两象限高压变频不能解决负力下放问题;主井不能下放大件, 箕斗卸煤不净时会造成重斗下放事故。两象限高压变频属于能耗制动, 损失电能;整流部分为二极管整流, 其不可控, 只能将过高的直流侧电压消耗在电阻上, 浪费大量电能。两象限高压变频有制动电阻, 占地面积大, 电阻容易烧坏。在软件方面, 整流部分无程序控制, 其不可控制。现场环境差;环境温度高, 采用的是自然通风, 没有有效降温措施, 高压变频设备现场灰尘较大, 设备没有封闭的空间, 这些不利条件加快了电解电容、IGBT等电器元件老化。影响生产;经常由于电解电容和IGBT损坏, 变频功率单元无法正常运行, 不能保证设备安全运行, 严重影响生产。

鉴于两象限高压变频器存在以上问题, 小青矿拟定将主井电控系统改造为四象限高压变频调速系统。

1 四象限高压变频主要优点

升级后四象限高压变频调速的优点:

1.1 节电上比两象限高压变频器效果好;

电能再生循环利用, 四象限再生制动型变频器改造电阻制动型变频器, 能够在负力下放时使电能回馈电网, 有效节约电能, 高压变频器每年能为矿提升系统节省电能消耗约20%~30%以上, 避免改造前电能以热量的形式耗费, 同时也能有效解决变频器温升问题。

1.2 升级后的高压变频器能够做到四象限运行;

重点解决了重载下放的问题, 主井下放大件时不用加配重, 重斗下放时不会造成过卷 (过放) 事故。

1.3 无需增加电网谐波治理投资;

四象限高压变频器采用功率单元串联多电平方式, 被称为"完美无谐波变频器", 对电网无谐波污染, 输入侧功率因数高, 对其它的设备无干扰, 因此无需增加治理谐波的投资。

1.4 降低改造成本;

四象限变频器采用功率单元串联多电平方式, 输出波形为正弦波, 波形正弦度好, dv/dt小, 对电机无要求, 且对电机绝缘不造成伤害, 因此不需要更换电机。

1.5 提高电网容量资源利用率;

四象限高压变频器采用先进的移相隔离变压器技术和电压源型IGBT逆变技术, 克服传统变频器对电网的谐波干扰的同时, 主传动系统的功率因素将提高到0.96以上, 提高了电网容量资源利用率。

1.6 四象限高压变频器采用的电力电容;

寿命20年, 额定电压高 (2000V甚至更高) , 电流大, 耐高温, 解决了电解电容在高温环境时电容特性恶化的问题。

1.7 四象限高压变频器不用制动电阻, 减少了占地和设备故障率。

1.8 在软件方面, 四象限整流部分有专门的四象限程序, 可以控制。

1.9 改善高压变频设备运行环境;

改造后的变频设备安装在一个封闭的空间, 设备灰尘小, 采取了空调降温措施, 从而改善了高压变频器的运行环境。

1.1 0 减小闸瓦磨损;整个提升过程的电力牵引与电力制动, 减小了闸瓦磨损。

1.1 1 解决IGBT散热问题;

功率单元的散热采用, 采用专利技术的比银的散热效率高1000倍的热管散热器来可靠的解决IGBT等半导体功率器件的散热的热导问题, 彻底解决了大功率IGBT器件的散热难题。

2 四象限高压变频的原理

四象限高压变频调速装置, 采用先进的H桥串联高压变频理论, 直接高-高结构, 变频器的整流侧和逆变侧均采用IGBT模块, 电机在电动状态时, 能量从电网经整流回路和逆变回路流向电机, 变频器工作在一、三象限, 当电机工作在发电状态时, 电机产生的能量通过逆变侧回馈到直流母线, 当直流母线电压超过一定值, 直流逆变成交流, 通过控制逆变电压相位和幅值, 将能量回馈到电网, 变频器工作在二、四象限;输入电抗器在电动状态下起储能作用, 形成正弦电流波形, 回馈状态下, 起滤波作用, 滤掉电流波形的高频部分。

功率单元采用交-直-交变频技术, 三相输入、单相输出, 提高了工作可靠性。功率器件采用进口IGBT模块, 系统采用目前应用最成熟的PWM调节方式, 系统具有极高的动态响应能力和最低的IGBT开关损耗。整流侧和逆变侧均采用IGBT模块实现四象限运行。制动时, 实现能量回馈电网, 节省能源消耗。

6k V变频系统, 采用每相6个额定电压为580V的功率单元串联方案, 三相共有18个功率单元, 使得经电网送来的三相6k V交流电经过隔离移相变压器二次绕组供给每个功率单元, 采用Y形连接, 形成线电压为6k V的电压, 供给提升机电动机。

3 四象限高压变频调速系统的配置

升级改造后的四象限高压变频系统主要配置:变频单元柜、控制柜、高压开关柜、电抗器柜、移相变压器。

3.1 变频功率单元柜

功率单元柜是由功率单元和控制机组成, 一共有3个单元柜, 每个单元柜有6个变频单元, 高压变频功率单元是主体。

功率单元是组成高压变频器的最小单位, 是高压变频调速系统的主体部分, 电源电压及频率的改变在这里完成。功率单元主要由整流电路、逆变电路、控制电路、驱动电路、故障检测电路、通讯电路、指示电路等组成。

3.2 控制机

控制机是高压变频器的大脑, 是全数字信号控制装置, 内置总线板、CPU板、PWM板、数字板、模拟板、通讯板以及显示板。显示板的显示屏提供友好的监控和操作界面, 实时显示高压变频调速系统各组成部分的工作状态, 能够直观而准确的了解系统的工作情况。

3.3 变压器

变压器是高压变频调速系统的供电中心, 是一台特殊结构的干式整流变压器, 变压器的原边通过旁路柜内的高压隔离开关与电网侧相连, 经副边绕组则根据电压等级和变频单元的级数分为多组, 与功率单元内连接, 向所有的功率单元供电, 变压器的副边绕组的相互独立性, 使每个功率单元的主回路相对独立, 具有极高的可靠性和安全性;功率单元输入端谐波电流很大, 用移相变压器消除谐波, 使谐波不流入电网。

3.4 旁路柜

旁路柜接收网侧的高压电源, 通过输入高压隔离开关向变压器的原边供电, 同时, 将功率柜内的功率单元输出的高压电源经送至高压电动机, 旁路柜内装有旁路高压隔离开关, 保证在变频调速系统出现故障时, 使用备用的PLC电控系统。

4 四象限高压变频经济效益

经济效益主要是节省电费;四象限高压变频器比两象限高压变频器节电效果明显, 使用转子串电阻电控系统时每提升一斗煤耗电43度, 使用四象限高压变频调速系统后每提升一斗煤耗电27度, 每年提升原煤250万吨, 约合192300斗;

年节电: (43-27) 度*192300斗*0.7843元/度=241万元。

5 结语

主井高压变频升级改造后意义重大。

5.1 提升机实现了四象限运行, 能够做到重载平稳下放, 解决了

主井重载下放的难题, 提高了提升机的安全性能, 并且重载下放时能量回馈电网, 节省电能消耗, 经济效益和安全效益显著。

高压变频装置 第8篇

1 系统工作模式

高压排风机一次电气原理如图1所示。

高压主回路连接顺序为高压开关柜、高压变频装置及高压电动机定子, 液体电阻串接在高压电动机的转子回路中做降压平滑启动。定义高压变频装置的高压隔离开关1QS1、1QS2在合闸位置时, 若高压真空接触器1KM1、1KM2接通并且1KM3断开使高压变频装置具备开车条件, 称为变频模式;若高压真空接触器1KM1、1KM2断开并且1KM3接通旁路具备开车条件, 称为工频模式。

2 高压电动机容量≤700k W时的工作模式转换

设备通常在变频模式下运行。手动合高压隔离开关1QS1和1QS2, 在高压变频装置上按压按钮将高压真空接触器1KM1和1KM2合闸, 使高压变频装置具备备妥条件, 若液体电阻控制柜无故障, 将排风机出口阀门全部打开, 中控驱动高压开关柜合闸, 液体电阻活动极板下降, 电动机开始降压启动, 待启动结束后, 液体电阻真空接触器2KM1得电吸合, 将高压电动机转子封星, 液体电阻器切除, 活动极板上升至初始位置, 高压电动机在变频模式下运行, 操作员通过调节高压变频装置频率来控制排风机风量。在启动过程中如果液体电阻柜出现故障, 故障中间继电器连锁跳停高压开关柜;如果高压变频装置在运行中出现重故障, 高压真空接触器1KM1和1KM2断开, 高压变频装置跳停, 重故障中间继电器向中控报警 (不跳停高压开关柜) , 高压电动机停机, 封星接触器2KM1断开, 这时, 高压变频装置中PLC控制切换旁路真空接触器1KM3吸合转换到工频模式, 并连锁液体电阻柜启动使高压电动机恢复运行, 通过阀门调节排风机风量以满足生产和保证现场安全。在工作模式转换过程中, 高压电动机从失电到重新得电运行的时间为:PLC一个扫描周期时间+1KM3吸合时间+液体电阻极板下降时间+2KM1吸合时间, 这个时间很短, 高压电动机因惯性保持运行, 虽转速有所下降但对生产影响不大。此方法在我公司一期煤磨排风机高压变频和液体电阻一体化系统中试验成功, 其高压电动机功率为450k W;随后在一期2台水泥磨排风机相同系统中也调试成功, 其高压电动机功率均为700k W。

3 高压电动机容量>700k W时的工作模式转换

当高压电动机功率更大时, 从变频模式直接转换到工频模式时就会出现问题。我公司一期窑头排风机高压电动机功率为在工作模式自动转换时出现液体电阻跳闸保护现象。分析原因是因为高压变频装置故障跳停由变频模式转为工频模式时, 高压电动机从失电到重新得电运行的时间极短, 而随着高压电动机功率的增大, 从运行状态转为停机状态、再转为可启动状态却需要较长的时间, 所以液体电阻尚不具备启动高压电动机的条件却开始启动, 从而导致液体电阻跳闸保护, 使高压开关柜跳停。为此, 在PLC程序中定义, 在高压变频装置由变频模式转为工频模式10s后作为高压开关柜分闸跳停的连锁信号, 使液体电阻有足够的时间等待高压电动机具备启动条件。该方法在我公司一期窑头排风机和窑尾排风机高压变频装置和液体电阻一体化系统中试机成功。

4系统散热装置

一期新型干法5 000t/d水泥生产线在最初设计时, 电气室内没有考虑高压变频装置的位置, 导致在电气室安装高压变频装置后, 电气室空间变小。为了满足散热要求, 在电气室内安装了空调, 但由于高压变频装置的移相变压器和功率单元发热量较大, 空调不能满足降温需要。为了解决降温难题, 我公司考虑将高压变频装置的移相变压器和功率单元所发热量排出室外。为此, 在高压变频装置的移相变压器和功率单元柜上方安装了集热罩 (高压变频柜上部装有排风扇) , 并利用散热风道将热量排出室外, 取得了良好的效果, 如图2所示。

新型高压变频器设计 第9篇

关键词：级联型,高压变频器,能量反馈,矢量控制

开发和推广大容量中、高压变频调速节能装置,对我国工业生产降低单产能耗具有重大意义[1]。然而,与低压变频器相比,高压变频器在很多方面有着更高的技术要求和难点,包括变频器的电路拓扑结构选择、电网侧的电能质量、功率开关器件的承受能力、高压电机的高性能控制等诸多方面[2]。

在比较目前国内外已有高压变频器的基础上,针对一种新型多电平高压变频器[3]进行研究和设计,其主电路采用三相PWM整流器代替二极管不控整流单元,以实现变频器整机的四象限运行。为验证新型高压变频器在大功率交流传动领域的应用,以高压异步电动机为典型负载,研究了采用矢量控制策略下的高压异步电动机运行特性,并在Matlab/Simulink下进行了仿真实验,仿真结果证明了设计的有效性。

1 主电路拓扑结构

开发新型高性能级联型多电平高压变频器,其主电路拓扑结构如图1所示,此处只给出了两单元级联示意,更多单元级联情况与此类似,网侧三相PWM整流器也只给出了A相,B、C相也类似。

新型高压变频器结构特点如下:

a.由于网侧整流单元采用三相PWM整流器,无需多脉波整流技术,故网侧仅通过普通隔离降压变压器将10 k V高压降低至690 V,而非使用做工严格的移相变压器;

b.变频器可以实现四象限运行,网侧单元能够实现单位功率因数整流和逆变,其作用是为逆变侧各H桥单元提供独立的直流电源,同时也可按要求输出一定的无功功率;

c.电机侧逆变单元采用H桥级联方式,使用低压器件实现多电平高压输出,采用级联方式,控制技术成熟,保障了装置的可靠运行,结合现代交流电机的高性能控制算法,可实现其在多种场合下应用。

2 工作原理及数学模型

新型高压变频器由多个功率单元组成,各单元结构和原理相同,在建立新型高压变频器的数学模型之前,以一单元为典型代表,从能量平衡的角度出发,深入探究其工作特性。将流过电解电容的电流分解为注入电容电流和抽取电容电流2种。为维持直流侧电压的稳定,注入电容电流和抽取电容电流是个动态调节平衡的过程:当电机侧工作在电动状态时,网侧变换器处于整流状态,此时电机侧逆变器从电容抽取电流,网侧变换器向电容注入电流;反之,当电机侧变换器工作在制动状态时,网侧变换器处于逆变状态,此时,网侧变换器从电容抽取电流,电机侧变换器向电容注入电流。其工作原理见图2(a)(b)。

注入电容电流和从电容抽出的电流在动态时不相等是直流侧电压波动的原因,故

其中,C为直流侧电容值;udc是直流侧电压值;iC1由网侧三相PWM整流器提供,网侧功率器件的开关状态决定;iC2由H桥单元所带负载引起,与其功率器件开关状态有关。因此要分别建立网侧变换器和电机侧H桥单元的开关函数模型。设sd、sq是网侧dq坐标系下的单极性二值逻辑开关函数,取值为0或1;sL、sR是H桥单元左、右半桥的单极性二值逻辑开关函数,取值分别为0或1。ud、uq、id、iq是网侧变换器电网电压和输入电流在d、q轴上的分量。

网侧变换器流过直流侧电容的电流iC1为[4,5]

id、iq可通过式(3)计算:

其中,L为网侧变换器的输入电感值;R为网侧变换器等效电阻。

电机侧变换器流过直流侧电容的电流iC2由电机侧负载电流iload及H桥单元的开关函数决定,可由式(4)计算:

电机侧变换器输出电压uo可由式(5)表示[6]:

综合式(1)~(5)可得新型高压变频器一功率单元在dq坐标系下的数学模型,如式(6)所示:

以上分析了新型高压变频器的工作原理和关联环节,这是进行电网侧变换器和电机侧变换器协同控制的理论基础。

3 异步电机矢量控制

在轧钢、电力牵引等高压大功率应用场合,特别需要对电动机加以高性能的控制,如矢量控制[7]等。采用坐标变换将交流异步电动机投影到同步旋转坐标系下进行控制,以达到与直流电动机类似的良好控制性能。为此,首先简要介绍高压异步电动机在基于转子磁链定向的dq坐标系下的数学模型[8]。

将d轴定向于转子磁链方向,高压异步电动机的定、转子电压方程如下:

其中,usd、usq为定子电压d、q轴分量;isd和isq为定子电流d、q轴分量;Rs和Rr为定、转子绕组等效电阻;Lr、Ls为dq坐标系下定、转子的等效电感;Lm为定、转子绕组间的等效互感;ψr为转子磁链;ωs、ωr为定、转子的电角速度;p为微分算子。

转子磁链由isd决定,磁链方程如下:

电磁转矩由isq决定,如式(9)所示:

其中,Te为电磁转矩;np为电机极对数。

电机运动方程如式(10)所示:

其中,TL为负载转矩;J为转动惯量。

上述式(7)~(10)是异步电机矢量控制的理论基础。同时,为了得到同步旋转坐标变换所需要的角度,还需要知道磁链位置角φ,可通过式(11)计算:

其中,ωls为滑差角速度,且ωr为转子机械角速度,通过速度传感器测量获得;θr为转子机械角速度;θls为计算得到的滑差角度。

构建高压异步电动机的转速、转矩双闭环矢量控制系统[9,10],如图3所示。外环速度控制器根据角速度给定值ω*和转子机械角速度反馈值ω进行偏差调节,调节器输出为内环转矩给定值Te*;内环磁链和转矩控制是将计算所得转矩和磁通值与给定值进行偏差控制,其结果是PWM发生模块所需信号,根据这些信号,通过载波移相PWM技术输出相应的功率器件开关信号来调整逆变器输出电压和频率。

其中,移相载波PWM脉冲产生模块的原理[11,12,13,14,15]是:每相H桥单元采用相同的正弦参考信号,不同的H桥使用不同相位的三角载波,三角载波个数与级联的单元数N相同,各载波之间依次移相180°/N,然后与调制波进行比较以生成N组独立的PWM调制信号,去驱动级联功率单元,如图4所示(u为标幺值)。

4 仿真实验

在Matlab/Simulink中搭建基于新型高压变频器的异步电动机的调速系统。部分元件参数如下:异步电动机额定功率500 k W,定子额定线电压有效值6.9 k V,转动惯量0.062 kg·m2,电机极对数为2,电机额定转速为1 500 r/min,电网额定线电压有效值为10 k V,降压变压器二次侧线电压有效值为690 V,直流侧电压给定值为1 200 V,采用五级级联,功率单元数共有15个,电机给定角速度为220 rad/s,在0.3 s突加1000 N·m的负载转矩。图5~9为在上述条件下的仿真结果。

为了更清晰显示,图5给出了0.6~1.0 s部分区间的局部放大图,可见电机定子相电压为典型的十一电平,相电流呈现较好的正弦。

图6为电机的角速度响应,由图可见,电机启动后,角速度迅速稳定于给定值220 rad/s,在0.3 s时突加1000 N·m负载转矩,电机角速度虽然出现少许波动,但很快恢复到给定值,表明了角速度在稳态、动态都得到良好的控制。

图7为电机的电磁转矩响应波形,在0~0.3 s,电机空载,产生的电磁转矩约为0,在0.3 s时突加1000N·m负载转矩后,由于系统采用了带有转矩闭环的矢量控制,电机能够迅速输出相应的电磁转矩。

图8为变频器的某一功率单元直流侧电压在整个仿真过程中的波形,由于网侧变换器采用的是PWM整流,直流侧电压可控可调,在负载变化时,其响应速度快、超调小,且较为稳定,波动很小。

图9为高压变频器a相的输入电流、电压波形,在0~0.3 s电机启动完毕,由于空载,其输入电流逐步稳定于0 A,在0.3 s突加负载后,输入电流迅速增加到相应的数值,此时,高压变频器输入侧相电压和电流同相,实现了单位功率因数整流,同时电流波形为较好的正弦,畸变率小于使用多脉波整流技术的网侧输入电流。

5 结论