10KV斷路器

1 引言 　在國產(chǎn)高壓變頻器的設計中，為了提高高壓變頻器內(nèi)部控制的靈活性以及在現(xiàn)場應用的可擴展性，通常在高壓變頻器中內(nèi)置PLC。自從20世紀70年代第一臺PLC誕生以來，PLC的應用越來越廣泛、功能越來越完善，除了具有強大的邏輯控制功能外還具其他擴展功能：A/D和D/A轉換、PID閉環(huán)回路控制、高速記數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制及特殊功能函數(shù)運算等功能，并可以通過上位機進行顯示、報警、記錄、人機對話，使其控制水平大大提高。

2 高壓變頻器簡介 　新一代高性能ZINVERT系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為直接高-高型變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過直接調(diào)節(jié)接入高壓電機定子繞組的電源頻率和電壓來實現(xiàn)電動機轉速的調(diào)節(jié)從而達到節(jié)能的目的。它是集大功率電力電子控制技術、微電子技術、高速光纖通信技術、自動化控制技術和高電壓技術等多學科為一體的高新技術產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用主流高性能專用雙DSP控制系統(tǒng)和大規(guī)模集成電路設計，通過精確的數(shù)字移相技術和波形控制技術實現(xiàn)了高壓電機的靈活調(diào)節(jié)和能耗控制。 　　

3 PLC在國產(chǎn)高壓變頻器中的設計使用 　　

3.1 PLC主要邏輯控制 （1）用戶要求高壓變頻器在出現(xiàn)故障停機時能快速自動切換到工頻旁路運行，筆者給高壓變頻器專門配置了可以實現(xiàn)自動旁路功能的旁路柜，如圖1所示，K1～K4為手動操作刀閘，J1～J3為高壓真空接觸器。在變頻器發(fā)生故障時，旁路柜可以在幾秒內(nèi)完成從變頻到工頻的轉換；而變頻器在工頻運行時，通過1個按鈕就可以實現(xiàn)變頻器從工頻到變頻的轉換。這樣的控制要求增加了變頻器整機控制邏輯的復雜性。 自動旁路柜控制邏輯簡要介紹如下： 變頻調(diào)速系統(tǒng)退出變頻轉工頻運行有兩種方式，一種是自動方式，一種是手動方式，選擇自動方式時，當變頻器發(fā)生停機故障時變頻器自動從變頻轉工頻；選擇手動方式時則需人工操作。 變頻調(diào)速系統(tǒng)退出工頻轉變頻運行也有兩種方式，一種是自動方式，一種是手動方式，選擇自動方式時，只需在控制柜上按一個按鈕，變頻器就自動完成從工頻轉變頻；選擇手動方式時則需人工操作。 　　

3.2 PLC控制系統(tǒng)原理 　PLC主機選用輸入輸出點數(shù)48點，型號為FX2N-48MR，PLC作為系統(tǒng)邏輯量控制的控制核心，在自動旁路柜的邏輯關系控制中起著至關重要的作用。旁路柜的邏輯控制要求比較復雜，采用PLC控制，接線簡單，提高了可靠性；旁路柜的邏輯更改也變得很簡單，只需修改PLC梯形圖程序就可以了，很方便滿足用戶現(xiàn)場的控制要求。

3.3 PLC功能指令實現(xiàn)高壓變頻器PID閉環(huán)控制 　用戶現(xiàn)場對變頻器閉環(huán)控制提出的要求是：變頻器能夠根據(jù)用戶系統(tǒng)用水量的變化，自動調(diào)整變頻泵的轉速，實現(xiàn)管網(wǎng)恒壓供水；同時還可以在液晶屏上設定壓力目標值。 針對用戶的要求，PLC另外配置了模擬特殊模塊FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD為模擬輸入模塊，有四個輸入通道，最大分辨力12位，模擬值輸入范圍為-10V～10V或者4～20mA；FX2N-2DA為模擬輸出模塊，有2個輸出通道，最大分辨力12位，模擬值輸出值范圍為-10V到10V或者4到20mA。這樣通過讀取指令（FROM）和寫入指令（TO），以及PLC帶有的PID閉環(huán)控制功能指令（如圖3所示），就可以實現(xiàn)對用戶現(xiàn)場的管網(wǎng)水壓進行PID閉環(huán)控制。 其具體編程過程是這樣：PLC讀取指令（FROM）讀取用戶水壓反饋值，把反饋值用移動指令（MOV）存入PID指令中的D12數(shù)據(jù)地址里；把用戶的水壓設定值用移動指令（MOV）存入PID指令中的D10數(shù)據(jù)地址里；D200～D222保存PID的運行參數(shù)；

D14為PID指令的運算值輸出，通過PLC的寫入指令（TO）把PID閉環(huán)運算結果D14寫入模擬輸出模塊，再通過模擬輸出模塊轉換成-10V～10V或者4～20mA的模擬信號送入高壓變頻器控制器進行頻率設定。在進行PID運行參數(shù)設置時，P、I、D的參數(shù)設定尤其重要，其設定的好壞直接關系到管網(wǎng)水壓控制的好壞。P表示比例增益，設定范圍為0～99（%），比例調(diào)節(jié)設定大，系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例增益，會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；I表示積分時間，設定范圍為0～32767（*100ms），積分時間越小，積分作用就越強，反之I越大則積分作用弱；D表示微分時間，設定范圍為0～32767（*10ms），微分調(diào)節(jié)有超前的控制作用，合適的微分時間能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 　　

3.4 PLC功能指令實現(xiàn)PLC與變頻器上位機通信 　為了使變頻器上位機能對PLC進行顯示、報警及記錄，PLC還配置了通信模塊FX2N-232BD，實現(xiàn)與變頻器上位機的串口通信，PLCRS232串口通信可使用無協(xié)議（RS指令）或專用協(xié)議與上位機進行通信，本例中使用無協(xié)議與上位機進行通信。

4 結語 　高壓變頻器自動旁路柜采用PLC進行旁路邏輯控制，通過運行的智光高壓變頻器模擬故障說明，高壓變頻器自動旁路柜在從變頻轉工頻，工頻轉變頻的相互切換非常方便，能在10s以內(nèi)完成，大大提高了水泵運行的可靠性。現(xiàn)場PID閉環(huán)控制效果非常理想，水壓波動非常小，波動在超過0.1kg時，變頻器能迅速調(diào)節(jié)轉速，把水壓控制在設定范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)轉速時不會產(chǎn)生任何振蕩。同時通過PLC與高壓變頻器控制器的串口RS-232通信，在高壓變頻器液晶屏上能監(jiān)視系統(tǒng)管網(wǎng)水壓及PLC各種狀態(tài)量。

1 概述 　為了節(jié)能降耗，韶鋼第三煉鋼廠連鑄水處理和轉爐水處理分別對原部分高壓水泵電機進行了變頻技術改造，以下分別對連鑄水處理變頻系統(tǒng)改造（變頻器為國產(chǎn)ZINVERT型智能高壓變頻器）和轉爐水處理變頻系統(tǒng)改造（變頻器為東芝TMdrive-MV無諧波系列6kV/450kW）做技術總結。 　　連鑄水處理對以下4組水泵電機新增4組高壓變頻器，連鑄水處理有1#板坯二冷水、2#板坯二冷水、2#板坯結晶器水、3#板坯結晶器水等四組水泵，分別為1#板坯、2#板坯、3#板坯供水，每組水泵有2臺6kV高壓電機（一用一備），電機功率和額定電流分別為560kW/63.44A、315kW/36.11A、315kW/36.11A、630kW/73.5A；改造前均為全壓工頻直接啟動，工作時為額定電流，新增4組變頻器后電流降低，故障率減少，可根據(jù)生產(chǎn)板坯種類不同，通過閉環(huán)控制，對水流量進行調(diào)節(jié)，且能始終保持恒壓狀態(tài)，改善穩(wěn)定了板坯質量。 　　

轉爐水處理氧槍原高壓供水系統(tǒng)主要由三臺6kV/250kW電機、泵以及電動閥組成，其用途是供給兩座轉爐氧槍冷卻作用。系統(tǒng)正常運行情況下，給水泵采用兩用一備方式運行，電機控制方式為直接工頻起動。采用這種方式主要存在以下問題：采用定速運行，出口壓力高、管損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費；交流電機在直接接電網(wǎng)工頻起動過程中會產(chǎn)生極大的沖擊電流，導致對電機本身及電網(wǎng)的嚴重損害；由于要增加一座轉爐，且保持原來供水管道不變，以原電機容量是不能滿足生產(chǎn)要求的，所以本次增大電機容量以及泵的容量，選用3臺400kW電機，改用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，增加3臺變頻器450kWTMdrive-MV。氧槍高壓供水泵通過本次技改后，完全能滿足3座爐子氧槍供水需求，電機起動過程平緩，對電網(wǎng)的干擾小，電機損耗小，功率因數(shù)高，節(jié)能效果顯著，使用方便，實現(xiàn)了恒壓供水。

2 設備現(xiàn)狀及工藝要求 　　

2.1 連鑄水處理原系統(tǒng)的缺點 （1）電能損耗大，啟動時對電網(wǎng)沖擊大，對電機沖擊損壞嚴重。（2）投產(chǎn)以來，由于生產(chǎn)工作的電機出現(xiàn)故障，曾導致被迫停澆。（3）不能滿足生產(chǎn)工藝需求，要手動調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)水量，不能實現(xiàn)恒壓控制。 　　

2.2 轉爐水處理原系統(tǒng)的缺點 （1）出口壓力高、管損嚴重，導致閥門泄漏、不能關嚴等。（2）交流電機在直接接電網(wǎng)工頻起動過程中會產(chǎn)生極大的沖擊電流，導致對電機本身及電網(wǎng)的嚴重損害。（3）不能滿足3座爐子氧槍供水需求。 　　

2.3 連鑄水處理系統(tǒng)改造方案 （1）2008年7月利用4#板坯水處理新建高壓電氣室剩余空間新增4套ZINVERT型智能高壓變頻器，原高壓開關柜保持不動，作為至現(xiàn)用高壓變頻柜一通斷開關，拆除原高壓開關柜至現(xiàn)場電機的動力電纜，改為開關柜——變頻器——電機。新增現(xiàn)場操作4個，在變頻器旁增加兩套遠程I/O站，作為原1#板坯水處理PLC、2#、3#機（共用）水處理PLC子站，與其通訊。 　　

其中F1～F4為6kV高壓真空斷路器，F(xiàn)3、F4為供貨方提供；J1～J4為6kV高壓接觸器，根據(jù)電力規(guī)程要求分別配置K1～K4為刀閘。正常運行中各刀閘閉合狀態(tài)，在檢修時根據(jù)需要切開相應刀閘。 　　若M1泵變頻運行M2泵工頻備用，則F1、J1、F3閉合，F(xiàn)2、F4、J2、J3、J4斷開；若M2泵變頻運行M1泵工頻備用，則F2、J2、F4閉合，F(xiàn)1、F3、J1、J3、J4斷開；該方案中的J1、J2相互閉鎖，J3、F3相互閉鎖，J4、F4相互閉鎖，F(xiàn)3與F4高壓相互閉鎖。確保同一電機不出現(xiàn)變頻、工頻同時驅動。同一泵組之間不能出現(xiàn)兩臺電機同時工作。另外，ZINVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)旁路刀閘柜符合“五防”閉鎖的要求，旁路柜高壓有電或高壓側開關在合閘位置時，閉鎖所有刀閘操作，前后柜門不能開啟；旁路刀閘之間具有閉鎖，防止誤操作。 　　

2.4 轉爐水處理系統(tǒng)改造方案 （1）每個柜子放一根3×185的高壓變頻器到電機之間的電纜。一根3×185從高壓開關柜到高壓變頻器的電纜。3根高壓開關柜到高壓變頻器的控制電纜。做兩根3×185電纜的絕緣和耐壓實驗，確保電纜的安全性能。高壓變頻器調(diào)試。調(diào)試人員對高壓變頻器各個驅動板和通信電纜進行檢測，檢測無誤后，設置變頻參數(shù)，在變頻器旁對電機進行空載試車，并對電機各個參數(shù)進行在線監(jiān)控。PLC程序員編寫程序和修改控制畫面，以通過上級PLC來控制高壓開關柜的合閘和改變變頻器的頻率來改變供水泵的轉速。最后由本廠操作人員在畫面進行控制，達到滿意效果。把電機帶負載運行，對供水流量、管道壓力、電機參數(shù)等進行監(jiān)控一個工作日后，各參數(shù)正常，改造圓滿結束，設備投入正式運行。（2）轉爐水處理氧槍高壓供水系統(tǒng)改造以后的系統(tǒng)主回路圖，如圖2所示： 　

2.5 每套系統(tǒng)配置 （1）450kW，6kV輸入6kV輸出TMEIC高壓變頻器。（2）高壓工頻切換柜KA（K12與K13之間有機械連鎖，不能同時合上）。手動刀閘旁路切換方案如主回路圖所示，采用手動刀閘切換也可以實現(xiàn)電機的工頻/變頻切換。當工頻旁路柜KA中K12斷開時，K11、K13閉合，此時，電機由6kV輸出TMEIC無諧波高壓變頻器驅動，電機處于變頻調(diào)速運行狀態(tài)。當工頻旁路柜KA中K12閉合，K11、K13斷開時，電機可以由6kV工頻電網(wǎng)直接驅動，電機處于工頻運行狀態(tài)。由于此方案采用了手動刀閘，在切換過程中，需要切斷用戶高壓開關，操作人員在現(xiàn)場完成切換操作。（3）該系統(tǒng)如主回路圖所示：在正常工作時K11、K13閉合，K12開路。此時水泵由變頻器驅動，變頻器根據(jù)生產(chǎn)實際的工況變化，調(diào)節(jié)電機轉速從而實現(xiàn)水泵速度的平滑調(diào)節(jié)。當變頻器需要檢修時，可以使K11、K13開路，同時閉合K12。此時，水泵亦可直接由電網(wǎng)直接驅動。TMEIC高壓變頻器本身具有極高的可靠性，如果再配上工頻旁路刀閘柜，則整套系統(tǒng)將更加可靠。在變頻方式下，原來電機的保護通過變頻器來實現(xiàn)。由于切回工頻方式時還采用原差動保護，差動保護的切換可以通過工頻旁路柜上的相應輔助接點來自動切換。在變頻方式下，不需要采用無功補償裝置，如在工頻方式運行，則根據(jù)系統(tǒng)情況考慮采用無功補償裝置。 　　

3 系統(tǒng)組成及控制功能 　　

3.1 連鑄變頻系統(tǒng)技術特點（1）完整的工頻/變頻自動互切技術，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)配置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時能迅速自動使高壓電機轉至工頻運行。（2）PLC給變頻器一個模擬量（轉速），通過閉環(huán)控制和變頻調(diào)速達到水流恒壓。（3）ZINVERT系列智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用功率單元串聯(lián)技術，直接輸出3kV、6kV、10kV電壓，屬高-高電壓源型變頻器。由于采用功率單元串聯(lián)而非功率器件的直接串聯(lián)，因此解決了器件耐壓的問題。同時由于同相各級功率單元輸出SPWM信號通過移相后進行疊加，提高了輸出電壓諧波性能，降低了輸出電壓的dv/dt；通過電流多重化技術降低輸入側諧波，減小了對電網(wǎng)的諧波污染。 （4）據(jù)估算，該套系統(tǒng)投運后，按適配高壓電機年運行7000小時計算，節(jié)電率一般在20%～40%之間，年節(jié)電可達500萬kWh，以國內(nèi)工業(yè)用電0.5～0.7元計算，年節(jié)約電費可達200～300萬元，用戶在一年內(nèi)可回收設備投資。 （5）變頻器帶有自診斷顯示，運行中可選擇觀察輸出電流、電壓、頻率、同步轉速等參數(shù)。變頻裝置提供中文操作界面，具有參數(shù)設定、系統(tǒng)監(jiān)控等功能。（6）系統(tǒng)能在電子噪聲、射頻干擾及振動的環(huán)境中連續(xù)運行，且不降低系統(tǒng)的性能。距電子柜1.2m處以外發(fā)出的工作頻率470Hz、功率輸出達5W的電磁干擾和射頻干擾，不影響系統(tǒng)正常工作。 　　

3.2 轉爐水處理變頻系統(tǒng)技術特點 （1）變頻器采用高壓直接輸入、高壓直接輸出的電壓源方式。變頻裝置采用多繞組、多單元串聯(lián)的無諧波方式。6kV輸出采用36脈沖，不加任何濾波器就可以滿足“GB/T14549”電能質量公用電網(wǎng)諧波中規(guī)定的每次諧波電流值的要求及“IEEE519”國際標準的規(guī)定（0%～100%頻率范圍內(nèi)）。（2）逆變器側采用高開關頻率的IGBT器件，IGBT采用經(jīng)過三菱嚴格篩選的軍品級最新一代1700V的高壓IGBT，具有極高的可靠性，保證良好的輸出波形。變頻器輸出電壓近似正弦波，輸出電流為正弦波。 （3）變頻單元內(nèi)部有非常先進的自動預充電電路，可以使10kV高壓上電時的電流沖擊減到最小，防止高壓斷路器速斷保護動作跳閘。（4）變頻器系統(tǒng)總效率（滿載）達到97%，輸入功率因數(shù)0.95以上，無需功率因素補償器。

4 節(jié)能及效益分析 　系統(tǒng)改造后可以快速地調(diào)節(jié)流量，運行人員對系統(tǒng)的調(diào)整控制更為穩(wěn)定自如。系統(tǒng)的功率因素可以提高到0.95以上，減少無功損失。提高了系統(tǒng)自動裝置的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)的經(jīng)濟優(yōu)化運行提供了可靠保證，系統(tǒng)的運行參數(shù)得到改善，提高了效率。電機直合時：電流39～42A，功率因素0.75～0.85，日用電量9180kWh。電機帶變頻器運行時：電流30～35A，功率因素0.95～0.97，日用電量6720kWh。通過數(shù)據(jù)分析，采用變頻器后，電機的功率因數(shù)明顯提高，節(jié)電效果顯著。電機采用高壓變頻器后：功率因數(shù)（平均值）提高到0.96以上；節(jié)電達到27%。 　　

5 結語 　經(jīng)過這次改造，兩系統(tǒng)運行均非?？煽浚岛墓?jié)能效果顯著，為穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質量打下了良好的基礎。

1、前言　　目前世界上的高壓變頻器不像低壓變頻器一樣具有成熟一致的主電路拓撲結構，而限于功率器件的電壓耐量和高壓使用的矛盾，國內(nèi)外各高壓變頻器的生產(chǎn)廠商采用不同的功率器件和不同的主電路拓撲結構，以適應不同的電壓等級和各種拖動的設備要求，因而在各項性能指標和適應范圍上也各有差異。主電路拓撲結構主要有：（1）功率器件串聯(lián)二電平直接高壓變頻；（2）采用HV-IGBT、IGCT的多電平電壓源型變頻器；（3）采用LV-IGBT的單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器等。　　

2、單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器技術

2.1 西門子羅賓康公司利用單元串聯(lián)多重化技術，生產(chǎn)出功率為315kW～10MW的完美無諧波　?。≒ERFECTHARMONY）高壓變頻器，無須輸出變壓器實現(xiàn)了直接3.3kV或6kV高壓輸出；首家在高壓變頻器中采用了先進的IGBT功率開關器件，達到了完美無諧波的輸出波形，無須外加濾波器即可滿足各國供電部門對諧波的嚴格要求；輸入功率因數(shù)可達0.95以上，THD<1%，總體效率（包括輸入隔離變壓器在內(nèi)）高達97%。達到這么高指標的原因是采用了三項新的高壓變頻技術：一是在輸出逆變部分采用了具有獨立電源的單相橋式SPWM逆變器的直接串聯(lián)疊加；二是在輸入整流部分采用了多相多重疊加整流技術；三是在結構上采用了功率單元模塊化技術。　　

2.2 單元串聯(lián)多重化電壓源型變頻器主電路基本構成　所謂多重化技術就是每相由幾個低壓PWM功率單元串聯(lián)組成，各功率單元由一個多繞組的隔離變壓器供電，用高速微處理器實現(xiàn)控制和以光導纖維隔離驅動。多重化技術從根本上解決了一般6脈沖和12脈沖變頻器所產(chǎn)生的諧波問題，可實現(xiàn)完美無諧波變頻?！　?/p>

2.2.1 6kV變頻器的主電路拓撲結構　圖1為6kV變頻器的主電路拓撲結構圖，每組由5個額定電壓為690V的功率單元串聯(lián)，因此相電壓為690V×5=3450V，所對應的線電壓為6000V?！　?/p>

2.2.2 五功率單元串聯(lián)變頻器的電氣連接　圖2為五功率單元串聯(lián)變頻器的電氣連接，每個功率單元由輸入隔離變壓器的15個二次繞組分別供電，15個二次繞組分成5組，每組之間存在一個12°的相位差。每個功率單元都是由低壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）構成的三相輸入，單相輸出的低壓PWM電壓型逆變器?！　?/p>

2.2.3 功率單元電路　　圖3為功率單元電路，每個功率單元輸出電壓為1、0、-1三種狀態(tài)電平，每相5個單元疊加，就可產(chǎn)生11種不同的電平等級，分別為±5、±4、±3、±2、±1和0?！　?/p>

2.2.4 一相合成的正波輸出電壓波形。圖4為一相合成的正波輸出電壓波形?！　?/p>

2.3 多重化技術構成的高壓變頻器技術分析　　多重化技術構成的高壓變頻器，也稱為單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器，采用功率單元串聯(lián)，而不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)來實現(xiàn)高壓輸出，所以不存在器件均壓的問題。每個功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受1/5的輸出相電壓和1/15的輸出功率。變頻器由于采用多重化PWM技術，由5對依次相移12°的三角載波對基波電壓進行調(diào)制。對A相基波調(diào)制所得的5個信號，分別控制A1～A5五個功率單元，經(jīng)疊加可得具有11級階梯電平的相電壓波形，線電壓波型具有21階梯電平，它相當于30脈波變頻，理論上19次以下的諧波都可以抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2%和0.8%，堪稱完美無諧波變頻器。它的輸入功率因數(shù)可達0.95以上，不必設置輸入濾波器和功率因數(shù)補償裝置。變頻器同一相的功率單元輸出相同的基波電壓，串聯(lián)各單元之間的載波錯開一定的相位，每個功率單元的IGBT開關頻率若為600Hz，則當5個功率單元串聯(lián)時，等效的輸出相電壓開關頻率為6kHz。功率單元采用低的開關頻率可以降低開關損耗，而高的等效輸出開關頻率和多電平可以大大改善輸出波形。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲、dv/dt值和電機的轉矩脈動?！　?/p>

所以這種變頻器對電機無特殊要求，可用于普遍籠型電機，且不必降額使用，對輸出電纜長度也無特殊限制。由于功率單元有足夠的濾波電容，變頻器可承受-30%電源電壓下降和5個周期的電源喪失。這種主電路拓撲結構雖然使器件數(shù)量增加，但由于IGBT驅動功率很低，且不必采用均壓電路、吸收電路和輸出濾波器，可使變頻器的效率高達96%以上?！　?/p>

2.4 單元串聯(lián)多重化變頻器的優(yōu)缺點

2.4.1 單元串聯(lián)多重化變頻器的優(yōu)點（1）由于采用功率單元串聯(lián)，可采用技術成熟，價格低廉的低壓IGBT組成逆變單元，通過串聯(lián)單元的個數(shù)適應不同的輸出電壓要求；（2）完美的輸入輸出波形，使其能適應任何場合及電機使用；（3）由于多功率單元具有相同的結構及參數(shù)，便于將功率單元做成模塊化，實現(xiàn)冗余設計，即使在個別單元故障時也可通過單元旁路功能將該單元短路，系統(tǒng)仍能正常或降額運行。　　

2.4.2 單元串聯(lián)多重化變頻器的缺點（1）使用的功率單元及功率器件數(shù)量太多，6kV系統(tǒng)要使用150只功率器件（90只二極管，60只IGBT），裝置的體積太大，重量大，安裝位置成問題；（2）無法實現(xiàn)能量回饋及四象限運行，且無法實現(xiàn)制動；（3）當電網(wǎng)電壓和電機電壓不同時無法實現(xiàn)旁路切換控制?！　?、高壓變頻器運行過程中存在的問題及其對策　　自從高壓變頻器進入中國市場以來，在短短的十幾年時間里得到了非常廣泛的應用。目前，高壓變頻器以其智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化等優(yōu)點越來越受到人們的青睞。隨著高壓變頻器應用范圍的擴大，暴露出來的問題也越來越多，主要有以下幾方面： 　?。?）諧波問題。（2）發(fā)熱問題?！　?/p>

3.1 諧波問題對策　隨著高壓變頻器主電路拓撲結構的不斷改進。諧波問題已從高壓變頻器內(nèi)部結構的設計與生產(chǎn)中得到很大改善?！　?/p>

3.2 發(fā)熱問題及其對策　變頻器是一種精密的電氣設備，其發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。因變頻器內(nèi)部有很多的電路板以及電解電容組成，決定了它運行中對環(huán)境的要求比較高，同時由于元器件本身的差異，即使同批次的產(chǎn)品也存在一些差異，這就導致了變頻器之間的差異也比較多。環(huán)境對設備的穩(wěn)定運行有著很大的影響，高溫高濕及高污染的環(huán)境大大降低了設備的穩(wěn)定運行。例：我廠2009年9月18日變頻器功率單元過熱導致電容燒毀故障原因的分析：我廠2008年在延遲焦化3300KW氣壓機上投用的西門子公司生產(chǎn)的羅賓康3300KW高壓變頻器，于2009年9月18日出現(xiàn)因溫度高而造成功率單元電容器爆炸，引起單元IGBT爆炸，造成高壓變頻器跳機。當時現(xiàn)場環(huán)境高壓變頻器室存在負壓，周圍的炭粉等容易進入變頻器室。該變頻室的進風口設計為地下抽風，潮濕的空氣容易進入房間。　　

3.2.1 高壓變頻器的故障原始記錄與分析（1）變頻器的故障原始記錄（如圖5-7）。（2）變頻器的故障原始記錄分析。根據(jù)上述原始故障事件記錄以及功率單元的照片，分析如下：變頻器最早于2009年8月18日10：51分出現(xiàn)接地故障，其機理為它的輸入電源三相電壓相差40%以上，變頻器就發(fā)出這個報警，但此時變頻器還在運行中，該報警一直持續(xù)到8月19日的5：07分，此時變頻器出現(xiàn)A4overtemperature報警，報警于9：27分復位，在下午的14：27分，出現(xiàn)多個功率單元過溫報警，并且于14：44分，A4功率單元最終導致過溫故障而被旁路，因為有旁路系統(tǒng)，所以變頻器繼續(xù)運行而沒有停機，在15：04分，另一個功率單元A5也因為功率單元過溫故障而被旁路，變頻器仍然沒有停機，很快15：05分，B5功率單元也由于同樣的過溫故障而被旁路掉，變頻器在三個單元都被旁路后仍然在繼續(xù)運行中，一直到15：06分，變頻器由于B4功率單元OOS故障而停止了運行。將這些功率單元拆開看，變頻器B5單元損壞最為嚴重，其中一個電容擊穿，其余有幾個電容發(fā)熱閥打開，確定為外部受熱，導致電容損壞，電容損壞后，電容瞬間短路，導致IGBT短路爆炸。可以確定的是，變頻器的這些故障，都是由于變頻器過熱所導致的。

3.2.2 功率單元損壞原因（1）高壓變頻器在8月18日出現(xiàn)接地故障。接地故障是由于變頻器電壓不平衡，這樣總的電壓就會下降，而變頻器的高壓與控制系統(tǒng)的低壓系統(tǒng)屬于一個母線，導致控制系統(tǒng)的電壓降低，由于控制部分由UPS供電，對它沒有任何影響；但對于風機影響較大，風機的電壓降低，風機的轉速就會降低，那么變頻器的散熱就會受到影響，同時空調(diào)的正常工作受到了影響，其冷卻能力打了折扣，這就解釋了為什么變頻器在5：07分出現(xiàn)變頻器A4overtemperature報警，但因熱量已經(jīng)在內(nèi)部累積，無法將這些熱量及時散發(fā)出去。（2）變頻器通風系統(tǒng)不能滿足要求?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)變頻器的房間已經(jīng)形成負壓，打開房間的門是十分困難的，需要很大的力氣才能打開，測量濾網(wǎng)上的風速，發(fā)現(xiàn)最低的地方是1.3米/S，最高的地方是2.3米每秒，可以看出，糾其原因是因為濾網(wǎng)堵塞，造成風速不均勻，并且房間發(fā)生負壓，產(chǎn)生的熱量不能有效的排出變頻器柜外，這也是過熱的原因之一。　　

綜上，以上兩種因素導致變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能及時排除柜外，而在柜內(nèi)累積。即使后來風機的速度恢復正常，但由于一直以來變頻器的散熱已經(jīng)處于臨界狀態(tài)飽和，內(nèi)部累積的熱量加上后來產(chǎn)生的熱量無法及時排除柜外，最終造成變頻器過熱而損壞功率單元，這就是此次事故的原因?！　?/p>

3.3 對策　根據(jù)以上的原因，可以采取措施來改善目前的狀況：（1）由于目前房間的濾網(wǎng)是固定式的，當濾網(wǎng)發(fā)生堵塞的時候，房間的進風量減少，不能滿足要求，從而房間負壓增大。建議要將房間進風口的濾網(wǎng)做成可更換式的，準備兩套濾網(wǎng)，定期檢查，定期清潔，保持清潔就是保持通風良好，保證進風量充足。（2）變頻器的發(fā)熱量主電路約占98%，控制電路占2%，其散熱主要靠柜頂風機風扇散熱，將變頻器箱體內(nèi)部熱量帶走。如果此風扇電源不穩(wěn)定，則風扇的風量就會波動，絕對影響變頻器的散熱。（3）降低安裝環(huán)境溫度：由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子元、電解電容等，所以溫度對其壽命影響比較大。高壓變頻器的環(huán)境運行溫度一般要求-10℃～-50℃，如果能夠采取措施盡可能降低變頻器運行溫度，那么變頻器的使用壽命就延長，性能也比較穩(wěn)定?！　?/p>

4、結語　本文通過對高壓變頻的基本構成及技術應用實踐的分析，提出了解決這些問題的實際對策，隨著新技術和新理論不斷在變頻器上的應用，變頻器存在的這些問題有望通過變頻器本身的功能和補償來解決。隨著工業(yè)現(xiàn)場和社會環(huán)境對變頻器的要求不斷提高，滿足實際需要的真正“綠色”變頻器也會不久面世。