科陆电子1600KW风机在电厂变频器改造上的应用

三、变频改造技术方案

对于变频改造项目来说，应从实际出发，全面考虑，综合比较，首先是必须保证变频调速装置的可靠、稳定运行。其次是节能降耗和技改投资的回收。再次是尽可能避免更换原有电机，减少系统的变动。最后，变频调速装置尽可能安装在现成的厂房、机房或控制室等建筑内，避免增加土建工程。

采用变频器对风机进行控制的目的：改善工艺过程，提高控制性能，减小风机起停电流，延长设备的使用寿命，减少维修量。保持风机出口风门最大，通过改变变频器的输出频率（电机速度）来调节风量，以节约原来通过改变风门开度调节风量时浪费在风门上的能源。

根据一次风机实际使用情况，所配置的变频器型号是：CL2700-06/2000。

1、变频改造一次接线原理图及配置

采用CL2700-06/2000系列高压大功率变频器进行改造后，电气系统一次原理图如图1所示：

3、变频器用户接口如图3所示：

4、变频器安装要求 
4.1变频器需安装在室内，室内高度不小于4M，室内需作简单的防尘处理。 
4.2变频器的进出电缆为上进上出方式，所以需在变频器顶部设置电缆槽。 
4.3变频器需要两个接地点，一个为柜体安全地，直接连接到变频器底座上。另外一个为控制电气地，需要与安全地分开，以保证变频器电气免受干扰，接地电阻均应≤4欧。

5、变频器主要技术参数 
5.1  供方提供的高压变频调速装置的基本参数

	规  范	单位	参  数	备注
1	使用标准		Q/SCLB001-2008
2	型式及型号	套	CL2700-06/2000
3	供货商及产地		深圳市科陆变频器有限公司	产地：深圳
4	安装地点		室内
5	技术方案		高-高型，IGBT多单元串联多电平逆变器（6单元串联）
6	对电动机要求		普通鼠笼式异步电机
7	额定输入电压/允许变化范围	kV	6.3kV±10%
8	系统额定输出电流	A	190
9	额定容量	kVA	2000
10	额定输入频率/允许变化范围	Hz	50±1Hz
11	变频器效率		>96%
12	对电网电压波动的敏感性		+15%~-35%
13	谐波		输入电流<4%，输出电流<4%
14	输入侧功率因数		>96%(>20%负载)
15	控制方式		VVVF
16	控制电源		两路单相220V±10%AC,5kVA	两段母线
17	UPS型式		后备式	掉电可维持15分钟
18	过载能力		120% 1min，150% 3s，200%立即保护（<10μs）
19	电隔离部分是否采用光纤电缆		是
20	噪声等级		≤80dB
21	冷却方式		强迫风冷
22	模拟量信号(输入)规格及数量		2路4-20mA
23	模拟量信号(输出)规格及数量		4路4-20mA
24	开关量信号(输入)规格及数量		继电器干式接点,4点
25	开关量信号(输出)规格及数量		继电器干式接点,16点
26	进线/出线方式		底部进出线
27	防护等级		IP30
28	操作键盘		触摸屏
29	界面语言		简体中文
30	进线变压器类型		干式
31	进线变压器绝缘耐热等级		H级绝缘
32	进线变压器冷却方式		强迫风冷
33	进线变压器绕组材料		铜
34	柜体外壳表面防腐处理方式		喷塑
35	柜体颜色		与产品手册相同
36	变频装置外形尺寸（L×W×H）	mm	6260×1200×2402
37	变频装置重量	kg	7450Kg

5.2  高压变频调速装置的基本性能

1) 变频器为高－高结构，6kV直接输出，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM方式；

2) 进线变压器采用干式变压器，按H级绝缘等级设计，配金属外壳、冷却风机，具有就地和远方超温报警和相应的控制功能；进线变压器能承受系统过电压和变频装置产生的共模电压以及谐波的影响。

3) 进线变压器允许过负荷能力应符合IEC干式变压器过负荷导则及相应国标要求。

4) 进线变压器安装在户内，并与高压变频装置布置在一起。供方负责进线变压器同高压变频装置之间的连接。

5) 进线变压器在出厂前已进行出厂试验。试验内容和方法应满足相应的国际标准和国家标准，所有试验应提供试验报告。

6) 进线变压器在各分接头位置时，应能承受线端突发短路的动、热稳定而不产生任何损伤、变形及紧固件松动。

7) 系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，变频器等所有部件及内部连线，用户只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线即可。整套系统在出厂前进行整体测试；

8)  36脉冲输入符合并优于IEEE519～1992及GB/T14549～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；

9) 在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数，并且电流谐波少，无须功率因数补偿/谐波抑制装置；

10) 无需加装输出滤波器变频器就可输出正弦波形的电流和电压，因此对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机也不必降额使用。具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行；

11) 变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.1%。变频器有共振点频率跳跃功能，可避免喘振现象。

12) 变频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt的影响；

13) 变频器可进行空载调试；

14) 变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在+10%～-10%范围内变频器能满载工作，可以承受35%的电网电压下降而降额继续运行，电网瞬时失电5个周期可满载运行不跳闸；

15) 变频器效率（包括变压器）>96%；

16) 控制系统采用全数字微机控制，有很强的自诊断功能，能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示，能在就地显示并远方报警，便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题；

17) 具有就地监控方式和远方监控方式。在就地、远方监控方式下，通过变频器上的触摸屏显示，可进行就地人工启动、停止变频器，可以调整转速、频率；控制窗口采用中文操作界面，功能设定、参数设定等均采用中文；

18) 变频器高压主回路与控制器之间为光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好；

19) 控制系统具有在线检测变频器输入电流、输出电流、频率等；

20) 输出频率分辨率：0.01Hz；

21) 过载能力为120% 1min，150% 3s，200%立即保护（<10μs），满足泵类和风机类负荷要求；

22) 转矩特性：0～50Hz恒转矩特性，额定转矩输出，转矩阶跃响应＜200ms。50Hz以上恒功率特性，最大转矩与转速成反比下降；

23) 变频调速系统运行噪声<80dB；

24) 调速范围：0-100%连续可调；

25) 加/减速时间0.1-3000 秒，可按工艺要求设定，常规工程180～300秒；

26) 输出频率0-50Hz(根据电机情况可设定)；

27) 变频器抗地震能力为7级，振动0.5G；

28) 临界速度可跳过(共2组，可任意设定)；

29) 安装、设定、调试简便；

30) 功率电路模块化设计，维护简单；

31) 完整的故障监测电路、精确的故障报警保护；

32) 自带冷却风机，风机电源与控制电源分开取电，电源取自输入侧变压器；冷却风机故障由柜体风道风压参数反映并报警。

33) 内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；

34) 可灵活选择就地/远程控制；

35) 完整的通用变频器参数设定功能；

36) 优异的性能/价格比；

37) 自备UPS，可维持15分钟；

38) 变频装置有过电压，过电流，欠电压，过载，过热保护。

39) 为了保证变频装置安全可靠运行，加有功率单元自动旁路系统。旁路柜隔离开关之间和变频装置电源开关之间须装设机械闭锁装置。变频装置两侧的隔离开关在拉开的时候在变频器侧自动接地。

6、CL2700－06系列变频器原理介绍

CL2700－06系列高压大功率变频器的原理结构如图2所示。电网送来的三相6KV交流电，经移相变压器，由其副边每相的6个二次线圈电压逐个移相10°，供电给6个功率单元(如图4所示)，三相共18个功率单元，形成Y联结结构。控制IGBT的通断，即可在A、B两点之间得到PWM波形，6个功率单元相叠加进行波形合成，可输出高压正弦波给感应电动机。

每个功率单元的额定电压为577V，相邻功率单元的输出联接起来，使得变频器的额定相电压为3462V，线电压为6kV。每个功率单元由一体化的移相变压器的副边线圈分别供电。为了降低输入谐波电流，移相变压器实行多重化设计，18套副边绕组，采用延边三角形联结，分为6个不同的相位组，互差10°电角度。

功率单元是一个三相输入单相输出的电压型变频器(如图3所示)，移相变压器副边输出的577V三相交流电经功率单元的三相二极管整流桥整流后，经滤波电容形成平直的直流电，再经由4个IGBT构成的H型单相逆变桥，实行PWM控制，在其输出端形成电压在577V以下可变、频率在50Hz以下可调的交流电，每个单元中有4种不同的开关组合，即V1和V4同时导通，则输出正的直流母线电压+U；V2和V3同时导通，则输出负的直流母线电压-U；V1和V3同时导通或V2和V4同时导通，输出电压为0。由此可见，4种不同的开关状态，输出了3种不同的电压，即+U、O和-U。在每个功率单元的PWM控制下，每相6个功率单元串联叠加，共有13种电平即O、±U、±2U、±3U、±4U、±5U、±6U。对应的线电压，则有21种电平。而一般的变频器，其输出电压的电平数只有2种或3种，因为输出电压的电平数越多，变频器的输出电压波形就越接近正弦波，这就使得该变频器的输出电压波形非常接近正弦波。这一优点是其它任何类型的变频器无法比拟的。

六、结束语

综上所述，在1600kW风机变频改造项目中，使用强制密闭式冷却方案具有占地省，性价比高的优势，因此，推荐使用此种方案对高压变频器进行冷却。