高壓變頻器安裝與應(yīng)用

1、 目 錄摘要3一、 引言3二、高壓變頻器的基本原理4三、高壓變頻器安裝5四、高壓變頻器裝置調(diào)試13五、運(yùn)行18六、經(jīng)濟(jì)效益19結(jié)語21致謝21參考文獻(xiàn)22摘要 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，很多工礦企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、自動化，大功率電機(jī)在工廠應(yīng)用所占比例加重，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源消耗從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本現(xiàn)已被每個企業(yè)越來越重視，為此，作者淺析一下高壓變頻器調(diào)速技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的重要意思及應(yīng)用。本文闡述了高壓變頻調(diào)速技術(shù)原理，結(jié)合XXX有限公司循環(huán)水高壓電機(jī)的采用高壓變頻器控制的安裝、調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用，及在經(jīng)濟(jì)效益方面的體現(xiàn)。關(guān)鍵詞：高壓變頻器 調(diào)試 運(yùn)行 節(jié)能一、 引言國民經(jīng)濟(jì)要不

2、斷向前發(fā)展，能源消耗也在不斷增加，我國乃至全世界能源已出現(xiàn)供應(yīng)緊張，并且我國能源還存在浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象，如何高效利用能源，降低浪費(fèi)已被世界所重視。據(jù)有關(guān)資料顯示,我國60%的電用在電動機(jī)上，高壓電機(jī)就約站50%左右。且高壓電機(jī)多數(shù)負(fù)荷是風(fēng)機(jī)、泵類和壓縮機(jī)。特別是石油化工行業(yè)，石油化工行業(yè)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的理由有兩個：第一，生產(chǎn)工藝要求調(diào)速運(yùn)行，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，從而降低生產(chǎn)成本；第二，技能減排、環(huán)境保護(hù)的需要。因?yàn)槭突ば袠I(yè)有眾多的泵類和氣體壓縮機(jī)。二、高壓變頻器的基本原理高壓變頻器是一種高壓電機(jī)調(diào)速產(chǎn)品，它是指輸入電源電壓在3KV以上的大功率變頻器，其主要電壓等級是3KV-10KV等電壓等級的

3、高壓大功率變頻器。它的每個功率單元相當(dāng)于一個三電平的二相輸出的低壓變頻器，通過疊加成為高壓三相交流電（如圖一）圖一 高壓變頻器的基本原理高壓變頻器的性能主要有三方面的特點(diǎn)：第一，調(diào)速的范圍比較寬，可以從零轉(zhuǎn)速到工頻轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。在大電機(jī)上能實(shí)現(xiàn)小電流的軟啟動，啟動時間和方式根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。頻率的調(diào)整是根據(jù)電機(jī)在低頻下的壓頻比系數(shù)進(jìn)行電壓和頻率的輸出，在低轉(zhuǎn)速下，電機(jī)不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，因此可使電機(jī)絕緣老化速度降低；第二，效率高，可達(dá)90%多以上，遠(yuǎn)高于其它調(diào)速裝置；第三，高壓變頻器對電機(jī)不產(chǎn)生諧波，有效降低了電機(jī)的發(fā)熱量，噪聲與采用工頻供電時相近，轉(zhuǎn)矩脈沖很低，不

4、會導(dǎo)致電機(jī)等設(shè)備共振，同時也減少了傳動機(jī)構(gòu)的磨損，輸出波形完美，失真度小于1%。電動機(jī)的電應(yīng)力強(qiáng)度與采用工頻供電時相近，無需配備特殊電動機(jī)，與電機(jī)的練級不受電纜長度限制。三、高壓變頻器安裝高壓變頻器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。按著中間環(huán)節(jié)有無直流部分，可分為交交變頻器和交直交變頻器；按著直流部分的性質(zhì)，可分為電流型和電壓型變頻器；按著有無中間低壓回路，可分為高高變頻器和高低高變頻器；按著輸出電平數(shù)，可分為兩電平、三電平、五電平及多電平變頻器；按著電壓等級和用途，可分為通用變頻器和高壓變頻器；按著嵌位方式，可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。 我們以XXX循環(huán)水高壓電機(jī)運(yùn)用的Powe

5、rSmart TM 10000變頻調(diào)速裝置為例,淺析下其基本原理、安裝、調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用。PowerSmart TM 10000變頻調(diào)速裝置采用了先進(jìn)的切分技術(shù)、優(yōu)化的串聯(lián)疊加技術(shù)、獨(dú)特的單相橋式逆變技術(shù)、優(yōu)秀的光纖傳送技術(shù)、完善的保護(hù)技術(shù)、波形連續(xù)變換技術(shù)以及遠(yuǎn)程通訊控制技術(shù)等等。可以將具有固定頻率和幅值的3000-10000V高壓交流電源系統(tǒng)進(jìn)行功率變換后，產(chǎn)生可調(diào)頻率且電流隨負(fù)載而定的高壓交流系統(tǒng)，從而能夠?qū)θ嚯妱訖C(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)速，達(dá)到平滑減速，延長電機(jī)使用壽命，減少對電網(wǎng)的沖擊和提高工藝的目的。1、PowerSmart TM 10000變頻調(diào)速裝置基本原理 PowerSmart TM 1

6、0000變頻調(diào)速裝置是一種串聯(lián)疊加型變頻器，即采用多臺單相三電平逆變器串聯(lián)連接，輸出多電平、可變頻變壓的高壓交流電。變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。（如圖二）三相高壓電經(jīng)用戶側(cè)的高壓開關(guān)柜進(jìn)入變頻器，經(jīng)輸入變壓器的降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相得功率單元的輸出首位相串。主控制柜中德控制單元通過光纖實(shí)時對功率柜中德每一功率單元進(jìn)行逆變控制與檢測，通過操作界面進(jìn)行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進(jìn)行相應(yīng)的控制，最終輸出用戶需要的電壓等級。圖二系統(tǒng)單線原理圖2、PowerSmart TM 10000變頻調(diào)速裝置技術(shù)特性2.1性能

7、特性雙DSP控制系統(tǒng)，使其具有極強(qiáng)的處理能力，指令在納秒級完成，成本提高了系統(tǒng)可靠性?？刂葡到y(tǒng)與功率單元之間采用光纖通訊，從而保護(hù)信號不受外界電磁場的干擾。自我診斷，具有動靜檢測兩種功能，能及時地對系統(tǒng)中各種突發(fā)事件作出準(zhǔn)確地預(yù)警和檢測。旋轉(zhuǎn)啟動功能，在電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)情況下，搜索電機(jī)實(shí)際速度對應(yīng)的頻率，以此頻率為起始頻率使電動機(jī)平滑投入高壓變頻器控制的運(yùn)行狀態(tài)，縮短啟動時間，減小沖擊電流。單機(jī)和“一拖多”功能。工/變頻自動互切換2.2保護(hù)特性IGBT過流系統(tǒng)過流/過壓/短路/超載/電壓過低功率單元過熱/直流超壓控制系統(tǒng)故障冷卻系統(tǒng)異常2、PowerSmart TM 10000變頻調(diào)速裝置安裝與配

8、線2.1安裝環(huán)境安裝地點(diǎn)滿足通風(fēng)散熱和操作，背面離墻不小于600mm,正面不小于1500mm，頂部不小于500。變頻器安裝于室內(nèi)，工作環(huán)境溫度040，需配備通風(fēng)或空調(diào)裝置?？刂剖覂?nèi)相對濕度，避免凝露。安裝地點(diǎn)無明顯振動，不得有過量灰塵、腐蝕、爆炸性氣體或?qū)щ妷m埃。2.2基礎(chǔ)型鋼安裝 按廠家提供尺寸制作采用10#槽鋼制作柜體基礎(chǔ)，牢固安裝與土建預(yù)留孔洞上方，槽鋼基礎(chǔ)對角兩點(diǎn)50mm2多股銅絞線與全廠接地網(wǎng)相連。2.3變頻器裝置安裝安裝前需確認(rèn)銘牌是否與設(shè)計(jì)與訂貨一致。檢查外觀在運(yùn)輸途中是否受損。檢查螺絲與緊固件是否松動。變頻器采用8T吊車先吊至電氣室預(yù)留設(shè)備吊裝口，吊裝過程應(yīng)緩慢平穩(wěn)，避免與其它

9、物體產(chǎn)生撞擊。采用滾筒法將變頻器緩慢平穩(wěn)移動至安裝基礎(chǔ)型鋼上，調(diào)正。用螺栓將變頻器柜體與基礎(chǔ)型鋼牢固連接，（必要時可將柜體底座點(diǎn)焊與基礎(chǔ)型鋼上）并形成可靠電氣接地。2.4高壓變頻器安裝注意事項(xiàng)防止變頻器受到撞擊和震動及柜體倒置，傾斜度不到超過30度。所有柜體要安裝牢固，連接成一個整體。變頻器屏蔽層及接地端子一起和柜體與全廠接地網(wǎng)可靠連接。變頻器安裝時需遮擋物進(jìn)行必要遮擋，避免掉落雜物。3. PowerSmart TM 10000變頻調(diào)速裝置配線電氣配線主要包括柜體到現(xiàn)場的輸入輸出高壓電纜、柜體之間的連接電纜、柜體和現(xiàn)場的控制信號電纜。（如圖三）圖三A 變頻器外部配線圖圖三B 變頻器內(nèi)部配線圖

10、電氣配線輸入和輸出電纜必須分開配線，防止絕緣損壞造成危險。現(xiàn)場到變頻器的信號線，應(yīng)該與強(qiáng)電電線分開布線，信號線必須采用屏蔽線，屏蔽線的一端可靠接地四、高壓變頻器裝置調(diào)試1.電纜及變壓器試驗(yàn)1.1高壓電纜試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：2500V絕緣電阻儀、高壓直流發(fā)生器、高壓直流測試儀、萬用表、導(dǎo)線、抹布若干等。測量絕緣電阻直流耐壓試驗(yàn)機(jī)泄露電流測量檢查電纜線路兩端的相位1.2變壓器試驗(yàn)變壓器試驗(yàn)前，首先脫開變壓器與其它外部構(gòu)件相連。再按一下步驟進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器：雙臂電橋、變比電橋、2500V絕緣電阻儀、試驗(yàn)變壓器、交流發(fā)生器、導(dǎo)線、萬用表、若干等。測量繞組連同套管的直流的電阻檢查所有分接頭的電壓比檢查變壓器

11、的三相接線組別測量繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)繞組連同套管的交流耐壓試驗(yàn)額定電壓下的沖擊合閘試驗(yàn)檢查相位3.參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置操作系統(tǒng)采用微軟公司的嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE.NET。該系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件作為應(yīng)用平臺。3.1觸摸屏功能介紹狀態(tài)指示燈允許：允許高壓合閘外控：允許外部控制合閘：高壓合閘指示燈就緒：合閘就緒接通：高壓接通運(yùn)轉(zhuǎn)：系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中旁通：有功率單元旁通告警：系統(tǒng)產(chǎn)生故障或告警遠(yuǎn)控：系統(tǒng)處于遠(yuǎn)控狀態(tài)DCS：系統(tǒng)處于DCS控制狀態(tài)閉環(huán)：系統(tǒng)處于閉環(huán)控制狀態(tài)操作按鍵啟動：啟動變頻器加速：按一次按照頻率設(shè)定的值增加減速：按一次按照頻率設(shè)定的值減少停止：停止變頻器復(fù)位

12、：復(fù)位變頻器故障曲線：查看電機(jī)定子電壓電流曲線設(shè)置：設(shè)定P參數(shù)3.2參數(shù)設(shè)置檢查全部連線正確無誤后，接通控制電源變頻器初始化設(shè)置a. 按下面板設(shè)置鍵進(jìn)入設(shè)置界面b. 根據(jù)說明書在鍵入P參數(shù)代碼262，P參數(shù)下傳輸入1，按下“P參數(shù)下設(shè)”按鈕，5秒后，“P參數(shù)當(dāng)前值”輸入框值自動變?yōu)?。c. 同樣步驟在P參數(shù)代碼設(shè)成4，P參數(shù)下傳輸入,3，按下“P參數(shù)下設(shè)”按鈕，5秒后，“P參數(shù)當(dāng)前值”輸入框值自動變?yōu)?。在控制柜上按下復(fù)位按鈕，旁路柜的C4，C5真空接觸器吸合，變頻器初始化完成。本地、遠(yuǎn)控及DCS的操作選擇a. 本地控制打開設(shè)置界面，將P4的參數(shù)下設(shè)為3，此時在觸摸屏的遠(yuǎn)控箱和DCS的顯示燈都

13、未亮，表明觸摸屏處于本地狀態(tài)，此時控制屏的高壓合閘，高壓分閘，復(fù)位的按鈕處于有效狀態(tài)，在遠(yuǎn)控柜和DCS的高壓合閘，高壓分閘，復(fù)位的按鈕處于失效狀態(tài)。b. DCS控制將觸摸屏的操作界面打開，觸摸屏彈出外控選擇操作界面，在“遠(yuǎn)控選擇”圖中按下“DCS”鍵，主界面上的DCS燈被點(diǎn)亮，觸摸屏界面將如下圖所示。表明變頻器已處于DCS控制狀態(tài)，此時DCS的高壓合閘，高壓分閘，復(fù)位有效，控制柜失效。c. 遠(yuǎn)控箱控制按“遠(yuǎn)控箱”鍵，主界面遠(yuǎn)控?zé)袅?，這時高壓合閘、分閘、復(fù)位按鈕有效，就地和DCS按鈕失效。設(shè)置變頻運(yùn)行狀態(tài)將控制柜上“工頻/變頻”轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到變頻位置，在控制柜上的工頻顯示燈滅。在主回路加電后，將“

14、工頻/變頻”轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到工頻位置或變頻器出現(xiàn)故障，則將變頻器自動切除，并自動轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行。變頻器的主回路加電a. 設(shè)置由遠(yuǎn)控箱控制的狀態(tài)，就地與DCS同原理b. 變頻器狀態(tài)的確認(rèn)：遠(yuǎn)控?zé)袅?，其它不亮c. 合高壓 按下遠(yuǎn)控柜上的合閘按鈕，高壓開關(guān)合上，此時允許、外控、合閘、就緒、遠(yuǎn)控箱燈亮，則表明主回路已經(jīng)加電。d. 分高壓當(dāng)變頻器處于就緒狀態(tài)時，按下高壓分閘按鈕，高壓開關(guān)將跳閘，此時故障燈亮。按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)將恢復(fù)初始狀態(tài)。五、運(yùn)行1.變頻器運(yùn)行1.1變頻器運(yùn)行前系統(tǒng)確認(rèn)控制柜的“工頻/變頻”轉(zhuǎn)換開關(guān)在變頻位置，在控制柜上的電源燈亮，工頻顯示燈滅。觸摸屏顯示允許、外控、合閘、就緒、遠(yuǎn)控箱燈

15、亮，表明變頻裝置已處在遠(yuǎn)控柜控制狀態(tài)下的就緒狀態(tài)。變頻器運(yùn)行前的轉(zhuǎn)速設(shè)定通過參數(shù)設(shè)定界面設(shè)置代碼50，設(shè)置在30HZ下運(yùn)行，即設(shè)置P參數(shù)下傳值30，在設(shè)定完成后按下“P參數(shù)下設(shè)”的按鍵，相應(yīng)的“P參數(shù)當(dāng)前值”的數(shù)據(jù)框中出現(xiàn)設(shè)定值。1.2變頻器的啟動按下觸摸屏上的“啟動”按鍵，然后確認(rèn)，顯示屏將出現(xiàn)“定子電壓，定子電流，實(shí)際頻率”將出現(xiàn)數(shù)值，只是該數(shù)值可能會不同。屬正?，F(xiàn)象，這表明電機(jī)已成功啟動，并處于運(yùn)行狀態(tài)，此時我們要確認(rèn)電機(jī)運(yùn)行情況是否正常，若不正常立即按“停止”鍵。1.3變頻器的速度調(diào)節(jié)變頻器處于運(yùn)行中時，可通過參數(shù)設(shè)定界面對P50參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定。也可以通過按觸摸屏的“加速”或“減速”

16、鍵來調(diào)整速度，其步長可通過界面上的“頻率頻距”項(xiàng)輸入或設(shè)定每次操作的步長。1.4變頻器的停止按下觸摸屏上的“停止”按鍵，然后確認(rèn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速按降速設(shè)定時間下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，變頻系統(tǒng)恢復(fù)為就緒狀態(tài)。六、經(jīng)濟(jì)效益我們通過循環(huán)水泵在工頻和變頻兩種情況對比來說明高壓變頻器在經(jīng)濟(jì)效益方面體現(xiàn)。1.銘牌數(shù)據(jù)1.1循環(huán)水泵高壓電機(jī)性能參數(shù)：項(xiàng)目參數(shù)型號YKK800-8額定功率1600KW額定電壓10KV額定電流118.7A額定轉(zhuǎn)速740R/min1.2高壓變頻調(diào)速裝置參數(shù)：項(xiàng)目參數(shù)型號PowerSmart TM 10000 A/138額定輸入電壓10KV額定功率2250KVA額定輸出電壓10K

17、V額定輸出電流138A額定頻率50HZ額定頻率調(diào)節(jié)范圍050HZ2.節(jié)能分析運(yùn)行方式頻率電壓平均電壓電流平均電流擋板開度耗電量(h)工頻運(yùn)行50HZ10KV10KV70A50%-100%943.6kWh變頻運(yùn)行20HZ4KV6KV24A36A100%592.4 kWh30HZ6KV36A40HZ8KV48A3.節(jié)能計(jì)算3.1工頻運(yùn)行耗電量工頻運(yùn)行時耗電量（70÷118.7）×1600×1h=943.6kWh工頻運(yùn)行日耗電量943.6kWh×24h=22646.4kWh工頻運(yùn)行年耗電量22646.4kWh×365=8265936kWh3.2變頻運(yùn)

18、行耗電量變頻運(yùn)行時耗電量1.732×10KV×36A×0.95=592.4kWh變頻運(yùn)行日耗電量691.1kWh×24h=142176kWh變頻運(yùn)行年耗電量16586.4kWh×365=65189424kWh3.3采用高壓變頻運(yùn)行后節(jié)電量（電費(fèi)單價1元/度）年節(jié)電量8265936kWh5189424kWh=3076512kWh平均節(jié)電率3076512kWh÷8265936kWh=37.2%年節(jié)約電費(fèi)3076512kWh×1元/kWh=3076512元=307.6512萬元/臺通過以上數(shù)據(jù)說明采用高壓變頻器控制電機(jī)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)電達(dá)4