谈谈高压变频器柜的安装

2015-05-29连玉英

电气开关 2015年5期

连玉英

(福建意昂机电股份公司，福建泉州 362700)

1 引言

高压大功率变频调速装置随着技术的成熟，已广泛地应用于冶金、化工、电力、市政给水和采矿行业的各种风机、水泵、压缩机等。特别是市政供水，电费在自来水厂甚至占制水成本的50%，采用高压变频器对泵类负载进行速度控制，是节能和设备经济运行的要求，可以大幅降低自来水厂的制水成本，提高自动化程度，且有利于泵机和管网的降压运行，减少渗漏、爆管，可以延长设备使用寿命。

福建石狮赤湖水厂设计日供水量为20万吨，送水泵房设计4台送水泵，分别为Q=5000m3/h，n=742r/min，H=50m，N=1000kW，2 台;Q=2500m3/h，n=980r/min，H=50m，N=450kW，2台。水泵配套10KV高压电机1000kW、450kW各1台采用变频调速运行，按照运行工艺设计，2台工频电压运行的水泵满负荷运转，日供水量已达到18万吨，则这2台变频运行的水泵仅日供2万吨水量，作为少量补充，随着管网需水量的大小，管道水压的变化，从而控制变频水泵的转速，及时补充供水量，维持供水管网恒压。因此，居于这种状况，这2台变频运行的水泵试长期处于变频运转状态，即不会在工频(50Hz)电压状况下运行，且是短时工作。图1所示是1000kW高压电机变频调速系统主回路的电气设计方案。整套变频调速设备采用北京利德华福(BLH－系列)产品，整套装置柜体包括变压器柜、功率单元柜、控制柜、旁路柜，整套装置外围尺寸6054*1300*2870(长*宽*高)，重10吨。由于大功率高压变频器柜较于常见开关柜设备稍有差异，在设计、施工安装及土建配合有些需注意的问题，下面谈谈，作为同行参考。

图1

2 施工中的问题

(1)变频器柜基础及电缆沟需根据厂家提供的实际尺寸施工，承载力必须核算能满足设备荷载，整套设备重10吨，且原设计的基础槽钢的尺寸与订货的设备实际尺寸不符，造成柜底电缆沟尺寸也应改变。本工程由于种种原因，按原设计图施工的设备基础与业主提供设备的基础尺寸不符，以致全部返工。因为设计的柜体基础只是参考某个厂家产品，而工程订货的设备未必是设计图中参考的厂家，不同厂家，设备的外围尺寸、基础形式可能不同，因此变频器柜基础及电缆沟施工时，务必得到设备生产厂家提供图纸后，按照该图纸施工，以免造成返工。

(2)变频器柜的外围尺寸较大，重量重，对于运输的通道宽度及地面承载力要求高。变频器柜搬运虽然是分体搬运，但一台变压器柜就有5.2吨重，柜体尺寸为2400*1300*2870(长*宽*高)，需要采用吊车、叉车配合进行起重吊装搬运就位，非人力所能搬运，所以运输通道承载力、门洞尺寸必须符合设备重量、外围尺寸的要求。设备订货时，需校对土建专业的运输门净内尺寸。如果变频柜室不在外墙开门，那么搬运时可能所通过的室内通道不能及时提供工作面，影响工期，应考虑把变频柜室临路外墙预留搬运孔洞，土建砌筑外墙时，需配合预留，待变频柜搬运到位，再封堵预留孔，以免影响设备安装进度。

(3)设备整箱搬运到室内，通知业主、监理、厂家代表到现场开箱检查，因为变频装置许多器件并不是整柜组装好运输到现场，而是散件装箱，待现场柜体安装完，再把零散器件进行组装，特别是功率柜内的功率单元，是变频器的核心器件，又是高压电气元件，这些功率单元器件必须由生产厂家的技术人员到现场拼装，各个单元之间的连接电缆、铜排、器件、二次回路接线等均由厂家技术人员完成。在设备开箱检查时，需数量、型号逐一清点，各方见证，签字认可。免得万一器件缺少，造成推诿。开箱后，门窗关紧加锁，若有需要，应派人值班看护。柜体安装完，接着由设备厂家技术人员组装功率柜内功率单元器件、柜内一次电缆拼接、散热风机安装、二次回路器件接线、控制柜内的PLC控制器件的安装等，施工单位现场配合。

(4)变频器柜的进出线电缆敷设，由于进出线接线端子均是设在旁路柜内，高压电缆敷设接线务必认清进出线的接线端子，不可混淆，旁路柜内有进线端子、出线端子、还有单投隔离开关、双投隔离开关各一台，内部接线端子很多，线路复杂，电工在接线时容易辨别不清。接线前，认真查看接线图，接线完，仔细按图纸与设备内部线路走向校核，不可接错。错误接线现象在别的工程有出现过，万一接线错误，送电后可能会发生灾难性的后果。假如把电源进线端误接到变频器输出端，一旦送电，就会造成变频器的功率单元的IGBT管爆炸，同时使并联其上的其他元器件烧毁，造成整个功率柜作废。

(5)高压变频器柜的二次控制回路的电源为AC220V，PLC的电源为DC220V，还有散热风机的电源为AC380，变频器柜内部没有提供这些电源，须从外部引取。可能厂家不同，电源的需要有所差别，但都是需从外部引取。现场需注意这个要求，原设计图中往往没有体现这些电源的引取，当设备订货完，仔细审查资料，与设计协调，补充设计变频器柜的低压交直流电源的供电回路。低压交流电源用于控制、散热风机回路，十分重要，建议从低压配电室专路供电，有条件的应采用双路电源，一用一备。直流电源可以从高压开闭所的直流屏取得供电回路。

(6)变频器柜工作时，发热量很大，变压器柜、功率柜上方自带散热排气风机，并设有专用排气管引至室外，把热量排到室外。有的土建设计图中没有考虑这个功能，没有预留排气管通往外墙的通风口，或者有考虑，但预留的孔洞面积不足。在设备技术资料明确后，应与设计协调，根据产品的要求，留设排气管口。在土建砌筑外墙体时，配合，预留排气管出户孔洞。若有预留孔洞碰到混凝土圈梁，应及时协调更改。且变频器室应设有通风孔，免得变频器室的空气抽出室外，室内产生负压，不利于散热。这些情况在本工程施工过程中均出现过，甚至连门洞预留不够大，造成土建返工，装修做完，重新凿墙，严重影响工程进度、影响感观质量。

(7)高压变频装置的调试。装置自身保护十分强大，设有输出过载、输出过流、电网过电压、电网欠电压、电网失压、直流母线过电压、直流母线欠压、变压器过热、缺相、控制电流掉电、驱动故障、功率器件过热、散热风机故障、外部给定掉线、接地故障、光纤故障等，自保功能十分完善。变频装置的内部电气元件、一次电缆连接、二次回路的接线、自控元件的安装均由设备厂家专业技术人员到现场安装，所有的保护调试，试验，整定均由设备厂家完成，并由厂家负责对使用单位的操作人员进行培训，施工单位全程配合。

3 关于高压电机变频调速装置运行无功功率补偿问题

(1)图1所示，变频调速运行的高压电机启动运行流程是:高压开关柜送电至变频器柜，按下变频器柜上的启动按钮，变频器投入，电机启动，开始变频运转。根据装于供水管网电压力表采样的水压信号，经处理转变为电信号，输入变频柜的PLC微处理器处理，由PLC输出控制信号，改变交流电源的频率，根据n=60f(1－s)/p，电机的转速(n)就随着电源频率(f)变化而改变，这就实现根据管网水压的大小来调整水泵的转速，按照管网需水量的大小，水泵及时补充水量，使得供水管网恒压。

市政供水管网水压设定压力阈值，当管网压力小于这个设定值，则水泵自动投入运行，开始低速运行，即变频器输出电压频率小于工频(50Hz)，随着水泵转速逐渐增加，当达到设定时间，管道压力还是达不到设定的压力值，则变频器退出，投切到工频电压运行，在旁路柜切换开关完成切换，水泵转为额定转速运行。管网压力逐渐增大，那么电机转速也随着管网压力的增大而逐渐减速，再而投切为变频低速运转，当管网压力达到设定值，水泵自动停止运转。变频运行的水泵就这样周而复始的循环运行，从而实现节约电能。

根据变频装置运行的流程，当电机切换到工频电压运转时，同时高压补偿柜投入运行，对运转的高压电机进行无功功率补偿。当电机退出工频电压运行，切换到变频运行时，补偿柜也同时退出运行。在电机变频运行时，是不需要采用电容器进行无功功率补偿。因为高压变频装置设有移相变压器，根据电路原理，这个电路中已经有无功补偿的功能，无需另外设电容器进行无功补偿。当电机切换到工频电源运行时，则需投入补偿柜，进行单独无功补偿。

(2)按该水厂日供水量、及供水设备长期运行的设计要求，根据工艺流程及设备运行的特性，本工程无需设置电容器无功补偿装置。因为这2台变频运行的水泵只补充少量的供水量，且短时工作，也就是说这2台泵只是短时低速变频运行，维持管道恒压即可，不会切换到工频电压运行状态，所以无需另行设置电容补偿装置给高压电机无功补偿。经我方与设计等方面探讨，经过反复讨论，最后取消高压补偿装置，这样减少上百万投资，而且减少设备故障率，长期运行减少维护费用。