高压变频器变工频切换改造在高扬程供水系统中的应用

2017-07-18米玉叶

山西电子技术 2017年3期

关键词：锁相工频合闸

米玉叶

(山西省机电设计研究院，山西太原 030009)

高压变频器变工频切换改造在高扬程供水系统中的应用

米玉叶

(山西省机电设计研究院，山西太原 030009)

针对地下泵站高压变频器变频转工频过程中，由于高压电动机短暂失电造成水泵输出功率降低，而出水管高扬程、大流量水流致使水泵及高压电动机瞬间倒转，从而导致电源开关跳闸、对水泵机械冲击等安全隐患问题，提出在工频旁路回路增加串联同期限流柜的改造措施，通过对改造后的系统进行空载和负荷运行测试，新系统满足高压变频器在切换转换过程中高压电动机不失电、平稳切换的要求。

高压变频器；同期；限流；切换；改造

地下泵站设计抽水总流量为1.66 m3/s，泵站运行扬程120 m～137 m，安装5台卧式单级双吸离心泵，配套5台高压异步电动机、5台高压变频器，电压等级10 kV，单机配套功率1 800 kW，5台高压变频器都是自动一拖一旁路方式。现场要求变频器不仅具备带水泵长期变频运行的功能，而且还具备变频切换到工频运行的功能(即：变频器可作为软起动的功能)。高压变频器变频切换到工频运行的过程中，高压电动机会有短暂的失电(切换的过程中，变频器先切除输出开关，再合闸工频开关，开关及初期的动作时间决定在这个过程中电机会有50 ms～70 ms的失电，并且还有3个周波以上的冲击电流)。由于现场负载为抽水泵，具有120 m～137 m高扬程的特性，这样就存在高压电动机短暂失电造成水泵输出功率降低，而出水管高扬程、大流量水流致使水泵及高压电动机瞬间倒转，从而导致电源开关跳闸、对水泵机械冲击等安全隐患。鉴于负载的特殊性，要求变频器在切换转换过程中电机不失电、平稳切换。为了有效解决上述问题，需在工频旁路回路增加串联一个同期限流柜。

1 一次回路修改

原变频器一次回路及新增同期限流柜后变频器一次图分别如图1，图2所示。

图1 原变频器一次图图2 改变变频器一次图

新增同期限流柜的作用主要是在变频输出回路增加串联一个同期电抗器，同期限流柜中电抗器的作用主要是抑制同期切换过程中由于变频器检测工频电源电压以及变频器输出电源电压的检测误差所形成的两个电压源(变频器、工频电网均为电压源特性，具有内阻抗较小的特点)并网时可能导致的环流，从而避免切换过程中对变频器功率元件的损坏、避免对电网的负荷冲击。

2 控制回路修改

1)把同期限流柜的QF4的状态节点、合闸/分闸送到变频器控制柜的PLC；

2)在QF3的合闸允许回路(目前为QF2的常闭点，用来作为QF2与QF3两者的闭锁)上并一个干节点，在变频器转工频的转换过程中，取消该闭锁，允许QF3与QF2同时合闸。

3 现场PLC逻辑修改

实现同期切换过程中QF1、QF2、QF3、QF4断路器的动作。具体动作顺序为：变频控制器发出同期信号到PLC后，PLC自动分闸同期柜中的旁路接触器QF4，把同期电抗器串联如变频器的输出回路中，再自动合闸工频旁路断路器QF3，再分断变频输出QF2，最后分断变频器输入开关QF1,从而把变频器处于旁路工频运行状态(QF1，QF2，QF4分闸状态，QF3合闸状态)，完成变频器由变频运行切换到工频运行的转换。

4 低压调试

变频输入断路器(QF1)、变频输出断路器(QF2)、工频旁路断路器(QF3)均在试验位置，给变压器一次侧加AC380V，然后模拟调试变频运行至50 Hz，就地给“变频切工频”指令，待变频输出电压与变压器一次侧电压相位、幅值、频率一致时，控制器发同期信号给PLC，PLC自动完成变频切工频转换。

5 高压空载调试

变频输入断路器(QF1)在工作位置，变频输出断路器(QF2)、工频旁路断路器(QF3)均在试验位置。合进线断路器，变频自动待机，启动变频器后给“变频切工频”指令，变频自动完成锁相、切换工作。

锁相过程如下图所示(细线为工频侧电压波形，粗线为变频输出侧电压波形)：

图3 变频升速过程1

图4 变频升速过程2

图5 锁相前

图6 完成锁相(*1倍)

图7 完成锁相(*2倍)

6 高压带载调试

变频输入断路器(QF1)、变频输出断路器(QF2)、工频旁路断路器(QF3)均在工作位置。合进线断路器，变频自动待机，启动变频器后给“变频切工频”指令，变频自动完成锁相、切换工作。带载调试时重点关注切换电流、切换前后水泵流量及转速变化。通过在现场控制室对比切换前后主管瞬时流量及电机转速，前后数据均一致。且切换过程中高压开关柜没有动作，说明切换电流肯定小于开关柜速断电流。

图8 完成锁相(*4倍)

7 结束语

通过低压调试、高压空载调试、带负载调试等试验验证可以说明，高压变频器采用锁相同步切换技术，对于变频工频切换过程完成，对变频系统本身、对高压电动机以及电网均无冲击，实现平滑切换。因此，采用该高压变工频同期切换技术对减小电动机切换时的电流冲击有显著作用，大大降低电气、机械冲击对系统设备的损伤，减小设备维护维修费用，并保证设备长期的安全稳定运行。

Application of the Reform for High Voltage Inverter Variable Frequency to Work Frequency Switching in High-lift Water Supply System

Mi Yuye

(ShanxiInstituteofMechanicalandElectricalDesign,TaiyuanShanxi030009,China)

During the process of Variable Frequency (VF) to Work Frequency (WF) Switching of high voltage inverter in underground pump station, due to the output power of the pump is reduced due to the transient loss of the high voltage motor, and the water pump and high voltage motor will be instantaneous reversal caused by the high lift of outlet pipe and large flow so as to result in the security problem of power switch trip and mechanical impact of pump, the paper The paper puts forward the measures to increase the series of the same period flow cabinet in the power frequency bypass circuit. Through no-load test and load test, the new-designed system is in conformity with that the high voltage motor has a non-dropout in power and smooth switch in the switching process.

high voltage inverter; synchronization; current limitation; switching; reform