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案例頻道 作者：北京利德華福電氣技術有限公司 賴界剛
【摘要】本文主要介紹北京利德華福電氣技術有限公司生產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電機上的應用，具體應用于廣州西門子變壓器廠（原廣州維奧伊林變壓器廠），具有較好的推廣應用價值，開拓了高壓變頻器應用的新領域。
【關鍵詞】高壓變頻器 同步機 同步發電機 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區東區，目前新建生產線配備了兩套同步發電機組，分別是5000KVA和15000KVA，用于變壓器產品出廠前的各種試驗所需電源。5000KVA發電機組的同步電動機采用變壓器降壓啟動，15000KVA發電機組的同步電動機由于功率較大，且有時需要對出口設備進行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，并且帶同步投切功能，項目方案如上圖所示。
設備參數：
電動機參數：額定電壓：10000V 發電機參數：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
額定轉速：750/900轉 額定轉速：750/900轉
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：0.9超前 額定功率因數：0-0.1滯后
額定頻率：50/60HZ 額定頻率：50/60HZ
相數：3/單
高壓變頻器參數：型號：HARSVERT-S10/190 編號：10190
主控版本: M1.110 監控版本: V1.6.6-10190 級數: 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 現場運行中的變頻器和所帶負載發電機組
圖3 現場變頻器運行在60ＨＺ時
圖４現場變頻器使用的工藝控制圖
二、高壓變頻器與勵磁柜協調控制調試
2.1 高壓變頻器的啟動調試
調試主板0-5V的輸出電壓對應勵磁柜與電機的額定勵磁電流，低壓模擬調試正常，對其帶電機控制啟動運行。
調試結果：控制勵磁電流穩定，正常啟動。
2.2 高壓變頻器的正常運行調試
正常啟動以后就是保證能夠正常運行，該設備有50HZ和60HZ之分。
調試結果：可以運行到５０/60ＨＺ并穩定運行。
2.３ 高壓變頻器的運行參數優化調試
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為１時的輸出電流最小，但是需要勵磁控制柜進行自動調節，使電機的勵磁電流隨變頻器的控制進行不斷調整，以使電機的定子電流最小。
調試結果：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定。
調試結果：在變頻切換工頻后，穩定控制電機的勵磁電流，滿足發電機帶負荷的能力。
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。
調試結果：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。
調試結果：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故障的控制
當變頻器運行過程中出現故障，會跳KM1、KM2，并連發信號給勵磁柜進行滅磁。
調試結果：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，都要求變頻器根據輸入側電網電壓，進行輸出電壓同期。
關于工頻投變頻，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并聯向負載供電。在將負載從工頻電網轉移到變頻器后，斷開負載的工頻供電支路，隨后，負載由變頻器驅動運行。
關于變頻投工頻，原先負載處于變頻運行狀態，變頻器接收到投切請求后，運行到工頻，鎖定電網電壓頻率、幅值和相位，然后，將工頻輸出合閘，變頻器與工頻電網并聯向負載供電。在將負載從變頻器轉移到工頻電網后，斷開負載的變頻供電支路，隨后，負載由工頻電網驅動。
該設備只有要求運行到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處于斷開的位置，將變頻輸出至電機的開關閉合；
（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
同步機以及同步投切功能的調試，一定要與勵磁柜廠家配合好相關的控制參數和功能的協同，才能完美實現對同步機的控制。具備同步投切功能的高壓變頻器在同步機帶同步發電機組上的應用，滿足了生產工藝的特殊要求，為高壓變頻器在新的應用領域又邁進了堅實的一步，充分體現了北京利德華福公司的大膽創新精神和綜合實力，其不愧是行業的領頭企業。
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. 《同步電機調速現場調試培訓.ppt》；
5.《同步機調試指導書.doc》；
6.《同步機和異步機的區別－倚鵬.pdf》。
作者簡介：賴界剛，男，（1984—）四川人，服務于北京利德華福電氣技術有限公司，長期從事變頻器的技術支持工作。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號