李賀，田金鳳，王雙勇

(1.中藍(lán)長(zhǎng)化工程科技有限公司沈陽(yáng)設(shè)計(jì)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110026；2.沈陽(yáng)化工股份有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110026)

某企業(yè)20萬(wàn)t/a PVC糊樹脂裝置搬遷改造項(xiàng)目配套的冷水站水泵功率為560 kW，電壓10 kV。因生產(chǎn)工藝的要求，采用了國(guó)產(chǎn)變頻系統(tǒng)對(duì)水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，開車后運(yùn)行良好。

1 變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹

變頻系統(tǒng)采用一拖一的驅(qū)動(dòng)方式，1臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)電動(dòng)機(jī)，另外1臺(tái)電動(dòng)機(jī)配置1套手動(dòng)切換裝置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要，變頻器可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制，也可以在變頻器出現(xiàn)故障的情況下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工頻啟動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)包括1臺(tái)高壓變頻器和1套手動(dòng)旁路切換裝置，主回路接線示意圖如圖1所示 。

2 變頻調(diào)速系統(tǒng)組成

變頻調(diào)速系統(tǒng)由移相變壓器、整流單元、逆變單元和控制單元4部分組成，采用單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)。

圖1 電動(dòng)機(jī)主回路接線示意圖Fig.1 Wiring diagram of main circuit of motor

變頻器輸入電壓10 kV,輸出電壓10 kV,每相8個(gè)功率單元，共24個(gè)功率單元。每臺(tái)功率單元整流部分由6個(gè)二極管組成，將三相交流電變?yōu)橹绷麟?，并通過(guò)電容器來(lái)保持直流電壓穩(wěn)定。直流母線電壓通過(guò)IGBT逆變單元向電動(dòng)機(jī)輸出電能，逆變單元采用PWM控制，實(shí)現(xiàn)不同頻率和不同電壓輸出到電動(dòng)機(jī)的定子繞組[1-2]。

2.1 移相變壓器

移相變壓器起著隔離、移相、變壓等作用，保證電網(wǎng)和整流單元的隔離，為整流單元提供電壓輸入。隔離變壓器在提供內(nèi)部阻抗的同時(shí)也減少了對(duì)下游設(shè)備的影響。每臺(tái)隔離變壓器的變比設(shè)計(jì)為10 kV/24×690 V，10%阻抗，由電網(wǎng)送來(lái)的三相10 kV交流電接入隔離變壓器一次接線銅排，變壓器包含24個(gè)二次繞組，形成48脈沖整流結(jié)構(gòu)。其網(wǎng)側(cè)電流僅含48 k±1及以上次諧波，各次諧波的有效值與其諧波次數(shù)成反比，而與基波有效值的比值是諧波次數(shù)的倒數(shù)。隔離變壓器采用不同的變壓器連接方式，各功率單元的電源有不同的相位關(guān)系，形成多重化連接。多重化移相可以改善變壓器輸入側(cè)的電流波形，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染小，輸入功率因數(shù)高[1]。

2.2 控制器

控制平臺(tái)由6713一體化主控板、ARM小屏以及西門子 PLC模塊組成。ARM小屏是系統(tǒng)的人機(jī)界面，與6713一體化主控板通過(guò)RS232通訊，通信協(xié)議為MODBUSRTU協(xié)議。其中ARM小屏作為主站，6713一體化主控板作為從站。ARM 小屏的主要功能包括監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、波形顯示、報(bào)警保障事件記錄。6713 一體化主控板是控制平臺(tái)的核心，主要功能包括：①對(duì)輸入電壓、電流，電動(dòng)機(jī)電壓、電流進(jìn)行采樣;②電動(dòng)機(jī)核心控制算法;③變頻器、電動(dòng)機(jī)的報(bào)警故障邏輯保護(hù);④通過(guò)光纖與單元控制板通訊;⑤與ARM 小屏和西門子 PLC 通訊。

3 Nancal系列高壓變頻調(diào)速裝置的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

Nancal系列高壓變頻調(diào)速裝置采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、du/dt及共模電壓等問(wèn)題。10 kV電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為交直交型的PWM電壓源逆變器結(jié)構(gòu)，輸入為三相，輸出為單相，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。以10 kV輸出電壓等級(jí)為例，每相由8個(gè)額定電壓為690 V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓達(dá)5 774 V，線電壓達(dá)10 kV，每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的。對(duì)于10 kV電壓等級(jí)變頻而言，就是多脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的綜合因數(shù)可達(dá)到0.95以上。

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術(shù)，10 kV輸出相當(dāng)于17電平，輸出電壓非常接近正弦波，du/dt很小。電平數(shù)的增加有利于改善輸出波形，由諧波引起的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都大大降低，所以這種變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有特殊要求，可直接用于普通異步電動(dòng)機(jī)，不需要輸出濾波器。

與采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，由于不是采用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓輸出，而是采用整個(gè)功率單元串聯(lián)方式，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，可直接使用低壓功率器件，器件不必串聯(lián)，不存在由此導(dǎo)致的均壓?jiǎn)栴}。功率單元中采用低壓IGBT功率模塊，其驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，同一變頻器內(nèi)的所有功率單元可以互換，維修非常方便。

4 高壓變頻調(diào)速裝置的配電設(shè)計(jì)

高壓變頻的主進(jìn)線引自10 kV高壓柜，再由高壓變頻器送至現(xiàn)場(chǎng)高壓變頻電動(dòng)機(jī)。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置操作柱，控制電動(dòng)機(jī)的啟停。信號(hào)由高壓變頻器送至DCS信號(hào)電纜，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和頻率調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

某企業(yè)20萬(wàn)t/a PVC糊樹脂聚合搬遷改造項(xiàng)目高壓冷水站的高壓變頻器于2015年投產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)良好，滿足工況要求。根據(jù)工藝要求的DCS調(diào)節(jié)頻率給定，實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)節(jié)，達(dá)到了調(diào)整流量的目的，同時(shí)也具有一定的節(jié)能作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 倚鵬.高壓大功率變頻器技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社,2007:1-10.

[2] 韓安榮.通用變頻器原理[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000:100-110.