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   作者：北京利德華福電氣技術(shù)有限公司 賴界剛

   【摘要】本文主要介紹北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的具備同步投切功能的高壓變頻器在同步電動(dòng)機(jī)帶同步發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用，具體應(yīng)用于廣州西門子變壓器廠（原廣州維奧伊林變壓器廠），具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值，開拓了高壓變頻器應(yīng)用的新領(lǐng)域。

   【關(guān)鍵詞】高壓變頻器 同步機(jī) 同步發(fā)電機(jī) 同步投切

   一、項(xiàng)目概況：

    廣州西門子變壓器廠位于廣州市開發(fā)區(qū)東區(qū)，目前新建生產(chǎn)線配備了兩套同步發(fā)電機(jī)組，分別是5000KVA和15000KVA，用于變壓器產(chǎn)品出廠前的各種試驗(yàn)所需電源。5000KVA發(fā)電機(jī)組的同步電動(dòng)機(jī)采用變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，15000KVA發(fā)電機(jī)組的同步電動(dòng)機(jī)由于功率較大，且有時(shí)需要對(duì)出口設(shè)備進(jìn)行60HZ電源試驗(yàn)，所以選擇使用高壓變頻器對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)調(diào)速。當(dāng)需要50HZ電源時(shí)，用高壓變頻器啟動(dòng)到50HZ后，對(duì)其進(jìn)行同步投切到工頻使用；當(dāng)需要60HZ電源時(shí)，用變頻器啟動(dòng)運(yùn)行到60HZ使用。
  
                    
                                                  圖1：電氣一次回路圖

   它是由3個(gè)高壓真空接觸器KM1~KM3和2個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1和QS2組成（見(jiàn)上圖）。要求KM1、KM2不能和KM3同時(shí)閉合，在電氣上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，KM1和KM2閉合，KM3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，KM3閉合，KM1和KM2斷開，并且?guī)酵肚泄δ埽?xiàng)目方案如上圖所示。

   設(shè)備參數(shù)：

電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定電壓：10000V 發(fā)電機(jī)參數(shù)：額定電壓：11000V
額定電流：172.1A 額定電流：787.3A
額定功率：2600kW 額定功率：15000kW
額定轉(zhuǎn)速：750/900轉(zhuǎn) 額定轉(zhuǎn)速：750/900轉(zhuǎn)
額定勵(lì)磁電壓：46.6V 額定勵(lì)磁電壓：90.6V
額定勵(lì)磁電流：452.2A 額定勵(lì)磁電流：572.7A
額定功率因數(shù)：0.9超前 額定功率因數(shù)：0-0.1滯后
額定頻率：50/60HZ 額定頻率：50/60HZ

                       相數(shù)：3/單

高壓變頻器參數(shù)：型號(hào)：HARSVERT-S10/190 編號(hào)：10190
主控版本: M1.110 監(jiān)控版本: V1.6.6-10190 級(jí)數(shù): 9 級(jí)
額定容量：3250KVA 額定輸入電壓：10000V
額定輸入頻率：50HZ 額定輸出電壓：10000V

              
                            圖2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中的變頻器和所帶負(fù)載發(fā)電機(jī)組

             
                           圖3 現(xiàn)場(chǎng)變頻器運(yùn)行在60ＨＺ時(shí)

             
                        圖４現(xiàn)場(chǎng)變頻器使用的工藝控制圖

   二、高壓變頻器與勵(lì)磁柜協(xié)調(diào)控制調(diào)試

   2.1 高壓變頻器的啟動(dòng)調(diào)試

   調(diào)試主板0-5V的輸出電壓對(duì)應(yīng)勵(lì)磁柜與電機(jī)的額定勵(lì)磁電流，低壓模擬調(diào)試正常，對(duì)其帶電機(jī)控制啟動(dòng)運(yùn)行。

   調(diào)試結(jié)果：控制勵(lì)磁電流穩(wěn)定，正常啟動(dòng)。

   2.2 高壓變頻器的正常運(yùn)行調(diào)試

   正常啟動(dòng)以后就是保證能夠正常運(yùn)行，該設(shè)備有50HZ和60HZ之分。

   調(diào)試結(jié)果：可以運(yùn)行到５０/60ＨＺ并穩(wěn)定運(yùn)行。

   2.３ 高壓變頻器的運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化調(diào)試

   正常啟動(dòng)后正常運(yùn)行，保證電機(jī)的定子電流也就是變頻器的輸出電流盡量最小。理論上是當(dāng)輸出功率因數(shù)為１時(shí)的輸出電流最小，但是需要?jiǎng)?lì)磁控制柜進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使電機(jī)的勵(lì)磁電流隨變頻器的控制進(jìn)行不斷調(diào)整，以使電機(jī)的定子電流最小。

   調(diào)試結(jié)果：可以完全控制電機(jī)在整個(gè)使用過(guò)程中定子端的電流最小化。

   2.4 高壓變頻器旁路后的勵(lì)磁電流控制

    變頻器帶電機(jī)運(yùn)行到５０ＨＺ后需要切換工頻市電運(yùn)行，保證正常切換過(guò)程的勵(lì)磁電流控制且穩(wěn)定。

   調(diào)試結(jié)果：在變頻切換工頻后，穩(wěn)定控制電機(jī)的勵(lì)磁電流，滿足發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷的能力。

   2.5 變頻器選擇運(yùn)行60HZ時(shí)的勵(lì)磁電流控制

   當(dāng)選擇變頻器60HZ運(yùn)行時(shí)，變頻器本體對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

   調(diào)試結(jié)果：完全滿足60HZ運(yùn)行時(shí)的要求。

   2.6 當(dāng)變頻器50HZ運(yùn)行切換到工頻后的

   電機(jī)的所有啟動(dòng)停機(jī)控制都由變頻器實(shí)施，當(dāng)工頻運(yùn)行中需要停機(jī)時(shí)，需要操作變頻器控制柜上面的工頻停機(jī)按鈕，以便對(duì)勵(lì)磁柜的進(jìn)行滅磁控制。

   調(diào)試結(jié)果：完全滿足電機(jī)的正常停機(jī)控制及勵(lì)磁控制要求。

   2.7 變頻器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的控制

   當(dāng)變頻器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，會(huì)跳KM1、KM2，并連發(fā)信號(hào)給勵(lì)磁柜進(jìn)行滅磁。

   調(diào)試結(jié)果：滿足故障停機(jī)控制及勵(lì)磁控制要求。

  三、高壓變頻器“同步投切”功能調(diào)試：

   3.1 同步投切功能介紹
 
           
                                 圖5 同步投切原理圖

   同步投切有兩種工況：一是變頻投工頻，二是工頻投變頻。這兩種情況下，都要求變頻器根據(jù)輸入側(cè)電網(wǎng)電壓，進(jìn)行輸出電壓同期。

   關(guān)于工頻投變頻，原先負(fù)載處于工頻運(yùn)行，變頻器接收到投切指令后啟動(dòng)，運(yùn)行到工頻，鎖定電網(wǎng)電壓頻率、幅值和相位，然后，將變頻器輸出通過(guò)電抗器與工頻電網(wǎng)并聯(lián)向負(fù)載供電。在將負(fù)載從工頻電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到變頻器后，斷開負(fù)載的工頻供電支路，隨后，負(fù)載由變頻器驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。

   關(guān)于變頻投工頻，原先負(fù)載處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，變頻器接收到投切請(qǐng)求后，運(yùn)行到工頻，鎖定電網(wǎng)電壓頻率、幅值和相位，然后，將工頻輸出合閘，變頻器與工頻電網(wǎng)并聯(lián)向負(fù)載供電。在將負(fù)載從變頻器轉(zhuǎn)移到工頻電網(wǎng)后，斷開負(fù)載的變頻供電支路，隨后，負(fù)載由工頻電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)。

   該設(shè)備只有要求運(yùn)行到50HZ后“變頻切工頻”，不要求“工頻再切回變頻”。

   3.2 同步投切的控制過(guò)程

                   
                                       圖6 “變頻切工頻”邏輯圖

   “變頻切工頻”邏輯：按柜門“變頻切工頻”按鈕后，變頻器 “PLC200”收到“投切請(qǐng)求”指令。當(dāng)運(yùn)行頻率等于輸入頻率后，PLC200發(fā)脈沖形式的請(qǐng)求信號(hào)給主控箱。其邏輯如圖6所示。主控箱收到該指令后對(duì)變頻器輸出進(jìn)行鎖相，鎖相成功后再給PLC發(fā)出工頻允許合閘指令，由變頻器的“PLC200”控制KM3合閘，最后在KM3合閘成功后再對(duì)KM2，KM1進(jìn)行分閘控制，直到KM1、KM2成功分閘后，才算整個(gè)同步投切功能完成。

   3.3 同步電機(jī)同步投切調(diào)試步驟

   （1） 檢查確認(rèn)主回路高壓線纜、勵(lì)磁柜連接正確。確認(rèn)工頻至電機(jī)回路的工頻開關(guān)處于斷開的位置，將變頻輸出至電機(jī)的開關(guān)閉合；

   （2） 給變頻器高壓上電，投 60%勵(lì)磁，變頻啟動(dòng)同步機(jī)運(yùn)行，觀察并確認(rèn)變頻器輸出電壓、電機(jī)電流三相對(duì)稱、正常的情況下，逐步升速至 50Hz；

   （3） 校驗(yàn)變頻器輸入、輸出檢測(cè)線相序；

   （4） 校驗(yàn)同步投切高壓線纜線序；

   （5） 變頻器空載，進(jìn)行輸出電壓鎖相；

   （6） 變頻器空載，進(jìn)行不帶電機(jī)同步投切；

   （7） 變頻器空載，進(jìn)行帶電機(jī)同步投切。

   四、總結(jié)

   同步機(jī)以及同步投切功能的調(diào)試，一定要與勵(lì)磁柜廠家配合好相關(guān)的控制參數(shù)和功能的協(xié)同，才能完美實(shí)現(xiàn)對(duì)同步機(jī)的控制。具備同步投切功能的高壓變頻器在同步機(jī)帶同步發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用，滿足了生產(chǎn)工藝的特殊要求，為高壓變頻器在新的應(yīng)用領(lǐng)域又邁進(jìn)了堅(jiān)實(shí)的一步，充分體現(xiàn)了北京利德華福公司的大膽創(chuàng)新精神和綜合實(shí)力，其不愧是行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)。

  參考資料：

1.《B01-070[1].3 wince矢量控制型人機(jī)界面操作手冊(cè)PDF--20101214.pdf》；
2.《BLH B01-070[1].6 安裝調(diào)試及維護(hù)手冊(cè)PDF.pdf》；
3.《高性能DSP控制高壓變頻器.pdf》;
4. 《同步電機(jī)調(diào)速現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試培訓(xùn).ppt》；
5.《同步機(jī)調(diào)試指導(dǎo)書.doc》；
6.《同步機(jī)和異步機(jī)的區(qū)別－倚鵬.pdf》。

    作者簡(jiǎn)介：賴界剛，男，（1984—）四川人，服務(wù)于北京利德華福電氣技術(shù)有限公司，長(zhǎng)期從事變頻器的技術(shù)支持工作。