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案例頻道 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機帶同步發(fā)電機上的應(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 同步發(fā)電機 同步投切
一、項目概況：
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)電機組，分別是5000KVA和15000KVA，用于變壓器產(chǎn)品出廠前的各種試驗所需電源。5000KVA發(fā)電機組的同步電動機采用變壓器降壓啟動，15000KVA發(fā)電機組的同步電動機由于功率較大，且有時需要對出口設(shè)備進行60HZ電源試驗，所以選擇使用高壓變頻器對其進行啟動調(diào)速。當需要50HZ電源時，用高壓變頻器啟動到50HZ后，對其進行同步投切到工頻使用；當需要60HZ電源時，用變頻器啟動運行到60HZ使用。
圖1：電氣一次回路圖
它是由3個高壓真空接觸器KM1~KM3和2個高壓隔離開關(guān)QS1和QS2組成（見上圖）。要求KM1、KM2不能和KM3同時閉合，在電氣上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，KM1和KM2閉合，KM3斷開；工頻運行時，KM3閉合，KM1和KM2斷開，并且?guī)酵肚泄δ?，項目方案如上圖所示。
設(shè)備參數(shù)：
電動機參數(shù)：額定電壓：10000V 發(fā)電機參數(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)
額定勵磁電壓：46.6V 額定勵磁電壓：90.6V
額定勵磁電流：452.2A 額定勵磁電流：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：HARSVERT-S10/190 編號：10190
主控版本: M1.110 監(jiān)控版本: V1.6.6-10190 級數(shù): 9 級
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)場運行中的變頻器和所帶負載發(fā)電機組
圖3 現(xiàn)場變頻器運行在60ＨＺ時
圖４現(xiàn)場變頻器使用的工藝控制圖
二、高壓變頻器與勵磁柜協(xié)調(diào)控制調(diào)試
2.1 高壓變頻器的啟動調(diào)試
調(diào)試主板0-5V的輸出電壓對應(yīng)勵磁柜與電機的額定勵磁電流，低壓模擬調(diào)試正常，對其帶電機控制啟動運行。
調(diào)試結(jié)果：控制勵磁電流穩(wěn)定，正常啟動。
2.2 高壓變頻器的正常運行調(diào)試
正常啟動以后就是保證能夠正常運行，該設(shè)備有50HZ和60HZ之分。
調(diào)試結(jié)果：可以運行到５０/60ＨＺ并穩(wěn)定運行。
2.３ 高壓變頻器的運行參數(shù)優(yōu)化調(diào)試
正常啟動后正常運行，保證電機的定子電流也就是變頻器的輸出電流盡量最小。理論上是當輸出功率因數(shù)為１時的輸出電流最小，但是需要勵磁控制柜進行自動調(diào)節(jié)，使電機的勵磁電流隨變頻器的控制進行不斷調(diào)整，以使電機的定子電流最小。
調(diào)試結(jié)果：可以完全控制電機在整個使用過程中定子端的電流最小化。
2.4 高壓變頻器旁路后的勵磁電流控制
變頻器帶電機運行到５０ＨＺ后需要切換工頻市電運行，保證正常切換過程的勵磁電流控制且穩(wěn)定。
調(diào)試結(jié)果：在變頻切換工頻后，穩(wěn)定控制電機的勵磁電流，滿足發(fā)電機帶負荷的能力。
2.5 變頻器選擇運行60HZ時的勵磁電流控制
當選擇變頻器60HZ運行時，變頻器本體對電機的勵磁電流進行實時控制。
調(diào)試結(jié)果：完全滿足60HZ運行時的要求。
2.6 當變頻器50HZ運行切換到工頻后的
電機的所有啟動停機控制都由變頻器實施，當工頻運行中需要停機時，需要操作變頻器控制柜上面的工頻停機按鈕，以便對勵磁柜的進行滅磁控制。
調(diào)試結(jié)果：完全滿足電機的正常停機控制及勵磁控制要求。
2.7 變頻器運行過程中出現(xiàn)故障的控制
當變頻器運行過程中出現(xiàn)故障，會跳KM1、KM2，并連發(fā)信號給勵磁柜進行滅磁。
調(diào)試結(jié)果：滿足故障停機控制及勵磁控制要求。
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，進行輸出電壓同期。
關(guān)于工頻投變頻，原先負載處于工頻運行，變頻器接收到投切指令后啟動，運行到工頻，鎖定電網(wǎng)電壓頻率、幅值和相位，然后，將變頻器輸出通過電抗器與工頻電網(wǎng)并聯(lián)向負載供電。在將負載從工頻電網(wǎng)轉(zhuǎn)移到變頻器后，斷開負載的工頻供電支路，隨后，負載由變頻器驅(qū)動運行。
關(guān)于變頻投工頻，原先負載處于變頻運行狀態(tài)，變頻器接收到投切請求后，運行到工頻，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)向負載供電。在將負載從變頻器轉(zhuǎn)移到工頻電網(wǎng)后，斷開負載的變頻供電支路，隨后，負載由工頻電網(wǎng)驅(qū)動。
該設(shè)備只有要求運行到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“投切請求”指令。當運行頻率等于輸入頻率后，PLC200發(fā)脈沖形式的請求信號給主控箱。其邏輯如圖6所示。主控箱收到該指令后對變頻器輸出進行鎖相，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KM2，KM1進行分閘控制，直到KM1、KM2成功分閘后，才算整個同步投切功能完成。
3.3 同步電機同步投切調(diào)試步驟
（1） 檢查確認主回路高壓線纜、勵磁柜連接正確。確認工頻至電機回路的工頻開關(guān)處于斷開的位置，將變頻輸出至電機的開關(guān)閉合；
（2） 給變頻器高壓上電，投 60%勵磁，變頻啟動同步機運行，觀察并確認變頻器輸出電壓、電機電流三相對稱、正常的情況下，逐步升速至 50Hz；
（3） 校驗變頻器輸入、輸出檢測線相序；
（4） 校驗同步投切高壓線纜線序；
（5） 變頻器空載，進行輸出電壓鎖相；
（6） 變頻器空載，進行不帶電機同步投切；
（7） 變頻器空載，進行帶電機同步投切。
四、總結(jié)
同步機以及同步投切功能的調(diào)試，一定要與勵磁柜廠家配合好相關(guān)的控制參數(shù)和功能的協(xié)同，才能完美實現(xiàn)對同步機的控制。具備同步投切功能的高壓變頻器在同步機帶同步發(fā)電機組上的應(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)域又邁進了堅實的一步，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矢量控制型人機界面操作手冊PDF--20101214.pdf》；
2.《BLH B01-070[1].6 安裝調(diào)試及維護手冊PDF.pdf》；
3.《高性能DSP控制高壓變頻器.pdf》;
4. 《同步電機調(diào)速現(xiàn)場調(diào)試培訓(xùn).ppt》；
5.《同步機調(diào)試指導(dǎo)書.doc》；
6.《同步機和異步機的區(qū)別－倚鵬.pdf》。
作者簡介：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，長期從事變頻器的技術(shù)支持工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號