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二用二备高压变频方案解析

mricewater

2013/12/03

综合仪器采购

一、高压变频调速系统方案

1.系统切换方案

注：开关QF1、QF7、QF8、QF14和电机M1、M2为现场原有设备。上图以同步电机为例。

两套变频器的协调控制由独立的一台协调控制柜实现。

此套系统包含同步投切电抗器+激磁涌流抑制柜、高压变频器、协调控制柜和真空开关柜。

主要功能：可以实现两台风机变频调速装置的互为备用和在线切换。在互为备用的两台变频调速装置中，当一台故障时，另一台可以启动故障变频调速装置所带的电机的要求；以两台变频调速装置分别对应拖动两台风机运行，当TF1变频调速装置出现故障的工况为例，系统切换过程如下：协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M2提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率，经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%；相位误差≤3°；频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF14合闸，合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF12分闸，M2完全转换为工频直接拖动→协调控制单元向TF2发出的同步切换请求指令撤销，同时向QF8、QF13发合闸指令，由TF2拖动M1→协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M1提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率，经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%；相位误差≤3；频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF7合闸，合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF13分闸，M1完全转换为工频直接拖动。

2.高压变频系统的主要构成

整套变频调速系统由2套变压器柜、2套功率柜、2套控制柜、2套电抗器+激磁涌流抑制柜(含QF3/QF4/QF10/QF11)、一套协调控制柜、4高压开关柜（QF5/QF6/QF12/QF13）组成。

2.1激磁涌流抑制柜

该柜内主要元器件为限流电阻和真空断路器等，可限制上电时的激磁涌流。

变频器上电时充电电流可达额定电流的6～10倍，此充电电流对电网构成强烈的冲击，造成电网电压瞬间跌落，干扰其他设备的正常运行；其次高压变频器短时间内断电重新上电，虽然直流环节残电电压较高，充电电流较小，但由于变压器的剩磁与合闸时电网电压相位的不匹配，使得变压器在高压上电时激磁偏磁导致铁心饱和，进而产生2至10倍于额定电流的激磁涌流，对电网构成干扰。

为解决上述问题，在变频调速装置内特设激磁涌流及预充电电路，该电路能够将变频器高压上电电流限制在1倍额定电流之内，真正实现对电网的零冲击。

该电路由高压真空断路器和高压限流电阻构成。高压上电前，真空断路器处于分断状态，高压上电时，电网通过高压限流电阻向变频器充电，1秒后充电完成，变频器自动闭合真空断路器切除限流电阻。

2.2高压变频器调速系统：

ATV1200系列高压变频调速系统本体由变压器柜、功率柜及控制柜组成。下图为高压变频调速系统示意图：

注：上图仅为示意，针对此项目一台变频器配一台移相变压器。

ATV1200系列变频调速装置采用单元串联多电平结构，为高-高结构，10kV输入，10kV直接输出，即每相9个低压的功率单元串联实现高压输出，输入侧的变压器采用移相方式，将网侧高压变换为二次侧的多组低压，各二次绕组在绕制时采用延边三角形接法，相互之间有固定的相位差，形成多脉冲整流方式，使得变压器二次侧各绕组（即各功率单元输入）的谐波电流相互抵消，不反映到高压侧，从而大大改善了网侧的电流谐波，基本消除了对网侧的谐波污染；变压器的每个二次侧低压绕组相互独立，并单独为一个功率单元供电；而功率单元为变频器实现变压变频输出的基本单元，每个功率单元相当于一台交-直-交电压型单相输出的低压变频器，每个模块输出等幅PWM电压波形，但相互之间有确定的相位偏移，串联叠加之后，在变频器输出侧得到正弦阶梯状PWM波形，其输出为完美无谐波正弦波，高压变频器在不加任何滤波器的情况下，对电网的谐波完全符合IEEE 519 -1992 国际标准，以及GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的要求。

2.3 协调控制柜

该柜可实现两台变频器的协调控制，所有自动切换功能均自动完成，无需人工干预，自动化程度高，避免人为频繁操作相关断路器的繁重工作，同时避免由于人为错误操作导致设备损坏或系统瘫痪。

主要功能：可以实现两台风机变频调速装置的互为备用和在线切换。在互为备用的两台变频调速装置中，当一台故障时，另一台可以启动故障变频调速装置所带的电机的要求；以两台变频调速装置分别对应拖动两台风机运行，当TF1变频调速装置出现故障的工况为例，系统切换过程如下：协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M2提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率，经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%；相位误差≤3°；频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF14合闸，合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF12分闸，M2完全转换为工频直接拖动→协调控制单元向TF2发出的同步切换请求指令撤销，同时向QF8、QF13发合闸指令，由TF2拖动M1→协调控制单元向TF2发出同步切换至工频请求→TF2拖动M1提速至50Hz后实时检测对比TF2电源输入侧与变频调速装置输出侧电压幅值、相位角度、频率，经过计算并调整后当电压幅值误差≤2%；相位误差≤3；频率误差≤0.05Hz时向协调控制单元发出同步切换合闸指令→协调控制单元控制QF7合闸，合闸完成后由TF2向协调控制单元发出同步切换分闸指令→协调控制单元控制QF8、QF13分闸，M1完全转换为工频直接拖动。

2.4 同步投切

同步投切过程：

（1）初始状态：当QF7断开，QF1、QF5闭合时，变频器TF经过电抗器X驱动电机M1变频运行。

（2）接收到投工频指令后，变频器驱动电机到达工频转速；

（3）变频器输出与电网电压同步，包括电压幅值、频率、相位。

（4）同步成功后，闭合电网QF7开关。此时，电机为变频和工频同时供电运行。

（5）变频器停止输出，同时断开QF1、QF5，变频器退出运行。电机仅处于工频运行。

如果需要电机也可以从工频同步投切到变频：

（1）初始状态：当QF1、QF5断开时，QF7闭合，电机M工频运行。

（2）变频器接收到工频投变频指令后，闭合QF1、QF5，开始带电抗X空载启动，并使变频输出与电网电压同步，包括电压幅值、频率、相位。

（3）同步成功后，电机运行在变频和工频同时供电状态。

（4）断开QF7，电机仅处于变频运行状态。

综上所述，在切换过程中，电机始终有电源供给，不会有瞬时缺电或合闸电流冲击，从而可实现电机运行工况的无扰切换。

波形特点：变频投工频时，电压同期后工频电压-变频电压输出波形（工频未合闸）黄色：工频电压，青色：变频输出电抗器下端电压（如下图）

变频投工频时，电压同期后工频电压-变频电压输出波形（工频已合闸）黄色：工频电压，青色：变频输出电抗器下端电压（如下图）：

应用案例

以下为xx钢7500kW烧结风机二拖二变频调速系统:

变频器布置图

现场电机参数

xx钢项目现场组态界面(协调控制柜)

同步投切过程：

（1）初始状态：当QF7断开，QF1、QF5闭合时，变频器TF经过电抗器X驱动电机M1变频运行。

（2）接收到投工频指令后，变频器驱动电机到达工频转速；

（3）变频器输出与电网电压同步，包括电压幅值、频率、相位。

（4）同步成功后，闭合电网QF7开关。此时，电机为变频和工频同时供电运行。

（5）变频器停止输出，同时断开QF1、QF5，变频器退出运行。电机仅处于工频运行。

如果需要电机也可以从工频同步投切到变频：

（1）初始状态：当QF1、QF5断开时，QF7闭合，电机M工频运行。

（2）变频器接收到工频投变频指令后，闭合QF1、QF5，开始带电抗X空载启动，并使变频输出与电网电压同步，包括电压幅值、频率、相位。

（3）同步成功后，电机运行在变频和工频同时供电状态。

（4）断开QF7，电机仅处于变频运行状态。

综上所述，在切换过程中，电机始终有电源供给，不会有瞬时缺电或合闸电流冲击，从而可实现电机运行工况的无扰切换。

波形特点：变频投工频时，电压同期后工频电压-变频电压输出波形（工频未合闸）黄色：工频电压，青色：变频输出电抗器下端电压（如下图）

变频投工频时，电压同期后工频电压-变频电压输出波形（工频已合闸）黄色：工频电压，青色：变频输出电抗器下端电压（如下图）：

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mricewater

第1楼2013/12/03

施耐德的变频还是有两下子的

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zhw19811005

第2楼2013/12/03

看电机的标牌，好象了用了很长时间了吧

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漠独

第3楼2013/12/03

呵呵最近常用版面内容又丰富了哈。不过此类帖子发在本版，能看懂的人估计不多。

0

月满楼

第4楼2013/12/05

ATV1200的年份应该不是很长吧

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早安工控

第5楼2013/12/05

变频器接触的不少但是高压接触的不是很多

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vm88

第7楼2013/12/08

很强大，得多少钱。

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霸道小魔女

第8楼2013/12/09

项目的图片感觉设备比较老旧，难道内壳都是新的？

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诸葛楚离

第9楼2013/12/11

小公司用不了这么强大的配置

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女乃并瓦儿

第11楼2013/12/13

这是一个成功的案例吧~~~

施耐德这个方案做的真不错~

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