非典型变频器一拖二电机三电源系统设计分析和优化

曹升来

（山东鲁电调试运行技术有限公司）

非典型变频器一拖二电机三电源系统设计分析和优化

曹升来

（山东鲁电调试运行技术有限公司）

通过分析某电厂设计的非典型变频器一拖二电机三电源系统的运行方式，结合设备布置位置及实际运行方式，分析出设计存在的缺陷和安全隐患，并提出设计和运行优化建议，提高了系统运行的可靠性和安全性。

一拖二 ；变频器；缺陷；设计优化

0 引言

某电厂凝结水泵电机设计为变频器一拖二电机三电源模式，如图1所示。图中虚线框中的变频器柜包含变频器功率单元、隔离刀闸QS21、QS22及变频接触器KM21、KM22等设备，布置在0m层变频器室；图中QF1和QF3分别是水泵A和B的工频电源开关，QF2是变频器电源开关，QF1-1、QF2-1、QF3-1接地刀是集成在各自开关柜内的机械地刀；这三个开关都布置在7m层中压开关室。正常运行方式下一个泵在变频运行，另一个泵工频备用。当变频运行的泵有故障或变频器有故障时自动切换至另一泵工频运行。这种电源设计使得凝结水系统运行的可靠性提高，而且运行方式也比较灵活。工频电源开关柜内设计有电动机差动保护,但没有差动保护投退的硬压板。设计的开关、刀闸、接触器之间的闭锁逻辑有以下5项：QS21、QS22机械互锁；QF1、KM21电气合闸回路互锁；QF3、KM22电气合闸回路互锁；QF2闭锁QS21、QS22操作电磁锁；变频器准备就绪信号闭锁QF2合闸。

这种电源设计方式在工程应用中不是太常见，QF1和QF3实际起到旁路接触器的功能，与典型变频器一拖二电源系统设计的旁路接触器集成在变频器柜内不同。下面从图1结合设备布置位置及实际运行方式，分析这种非典型变频器一拖二电机三电源系统设计存在的缺陷，并提出设计优化和运行优化建议。

图1 非典型变压器一拖二系统电气一次示意图

1 设计缺陷分析和优化建议

缺陷一，非常规带电造成安全隐患。电机M1变频运行时QF2运行，QF3热备用；此时QF1处于热备用还是冷备用还是检修位从设计上看不明显，容易造成混淆。仔细分析图1，M1变频运行时这时QF1下口带电，图1中AB这段电缆带有高压电，电源为变频器的输出倒送至AB电缆及QF1下口的。因此QF1不能处于检修及试验位（这两种状态下一般要求合上地刀QF1-1，会造成带电设备电缆AB接地）。电缆AB属于工频电源电缆，此时应该是非工作电缆，变频运行倒送电至电缆AB扩大了带电范围，这种非常规带电降低了一次运行回路的绝缘等级，扩大了事故的几率；且QF1上下口均带电，QF1不带有非同期闭锁功能，若此时误合QF1将造成非同期合闸，因此这种电源方式容易造成误操作事故，安全性降低，有很大的安全隐患。同理，当电机M2变频运行时，电缆CD及QF2下口同样带电。造成这种缺陷的原因是电缆AB和KM41下口之间缺少隔离。建议在电缆AB和KM41下口之间、电缆CD和KM42之间加装隔离刀闸或者接触器（如图2）。当M1变频运行时，QS3刀闸合上，QF3热备用，QS1刀闸打开隔离KM41的变频输出电压，电缆AB及QF1下口不带电，这样就能解决电缆AB非常规带电的问题及QF1不能检修的问题，提高运行的可靠性、安全性。

图2 加装隔离刀闸的电气一次示意图

缺陷二，各设备布置比较分散且带电反馈不健全易造成操作失误，同时电气操作设备闭锁存在缺陷，易造成误操作失误。QF1～3是标准化设计的中压开关，开关柜内自带接地刀QF1-1、QF3-1，布置在中压开关室，开关柜面板未设计变频器运行状态及接触器KM41、KM42状态的指示；变频器布置在变频器室，变频器柜面板有设计QF2状态指示及QF1和QF3的闭锁，但未设计地刀QF1-1、QF3-1的状态指示及闭锁。地刀QF1-1、QF3-1的状态也未送至远方操作画面。因此当就地操作地刀QF1-1、QF3-1或变频接触器KM41时很容易忽略对侧设备的位置状态而造成操作事故。比如，就地或远方合KM41时如果QF1-1地刀处于合位或造成KM41下口电缆接地。由缺陷一可知，电机M1变频运行时，QF1下口带电，QF1不能合闸，QF1-1地刀不能合闸，因此应当设置QF1与KM41的互锁（已有此设计），以及QF1-1与KM41的互锁或者两个刀闸QF1-1与QS21的互锁（此两种闭锁未设计），应当增加。由于地刀QF1-1机械操作机构，且QF1-1不带有电动闭锁机构只能实现机械闭锁，因此，增加设计电气闭锁时，只能实现QF1-1闭锁KM41合闸，不能实现KM41闭锁QF1-1合闸；由于QS21、QF1-1布置在不同柜内，两个刀闸之间的机械闭锁也无法实现。因此，KM41闭锁QF1-1或者QS21闭锁QF1-1从机械机构闭锁与电气闭锁两种方式都无法实现，还是存在操作隐患；只能采取其他方式一定程度上规避这个风险，比如可以在QF1-1地刀上加装机械锁，还可以从运行规程上规定此系统只要运行就禁止合QF1-1同时在QF1-1上悬挂禁止操作指示牌等。在编写运行规程及操作票时，应将工频备用的开关及电缆视作运行设备，对操作设备如开关、刀闸、接触器等的闭锁关系编写正确。

缺陷三，电机M1变频运行时电机M1的工频差动保护会误动（差动保护安装在QF1柜），同理电机M2变频运行时电机M2工频差动保护会误动（QF3柜）。以电机M1工频差动为例，开关电流互感器CT1和电机电流互感器CT11构成电机M1工频差动，变频运行时，CT1无电流，但此时电机CT11有电流，因此差动保护有差流，差动保护会误动作。应该设置自动切换功能在变频时自动退出差动保护，工频时自动投入差动保护或者设置差动投入/退出压板在变频/工频切换时手动投退差动保护。

优化建议，QF1或QF3使用率不高，资金投入大，经济性差，建议少设置一个开关。由设计运行方式看出，要求正常运行时变频运行，QF1和QF3两个开关只有一个工频备用，另一个必然闲置，使用率非常低，可以考虑减少一个开关QF3以便减少初始投资，提高经济性。如果考虑两个电机都需要工频热备用的话，减少一个开关QF3的同时可以在QF1与M1、M2之间加装一个单刀双掷刀闸QS（见图3），实现QF1开关带M1或者M2工频运行的功能。当电机M1要变频运行时，QS刀闸切至电机M2，QF1带电机M2工频热备用；反之，当电机M2要变频运行时，刀闸切至电机M1，QF1带电机M1工频热备用。这样既减少了投资，又满足变频工频切换运行的功能要求。

图3 减少一个开关的电气一次示意图

2 结束语

图1所示的非典型变频器一拖二三电源系统，其自动旁路功能比较强大，既可以实现M1变频至M2工频的切换，也可以实现M1或M2单电机的变频至工频切换（此电厂设计未使用），运行方式非常灵活。但这种设计对电源的隔离、操作设备的互锁、差动保护的投退等方面考虑不周，存在很大的安全隐患，需要尽快加以整改优化。考虑到加装隔离刀闸周期较长，在未整改之前运行时，建议设备维护人员、运行人员加强对此系统的认知度，掌握此系统的运行特点和缺陷所在；设计应增加QF1-1（QF3-1）地刀闭锁KM41（KM42）接触器合闸的电气回路；在QF1-1、QF3-1地刀上加装机械锁禁止操作接地刀，避免误操作及事故的发生；编写运行规程及操作票时注意操作顺序及闭锁关系以规避错误操作。

[1]周志敏，周纪海.变频调速系统设计与维护[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]北京利德华福电气技术有限公司，HARSVERT系列变频调速系统选型手册[EB]，2015.

2016-08-11）