利德华福高压变频器在同步机带同步发电机及同步投切功能的应用

一、项目概况：

        广州西门子变压器厂位于广州市开发区东区，目前新建生产线配备了两套同步发电机组，分别是5000KVA和15000KVA，用于变压器产品出厂前的各种试验所需电源。5000KVA发电机组的同步电动机采用变压器降压启动，15000KVA发电机组的同步电动机由于功率较大，且有时需要对出口设备进行60HZ电源试验，所以选择使用高压变频器对其进行启动调速。当需要50HZ电源时，用高压变频器启动到50HZ后，对其进行同步投切到工频使用；当需要60HZ电源时，用变频器启动运行到60HZ使用。

图1：电气一次回路图；

        它是由3个高压真空接触器KM1~KM3和2个高压隔离开关QS1和QS2组成（见上图）。要求KM1、KM2不能和KM3同时闭合，在电气上实现互锁。变频运行时，KM1和KM2闭合，KM3断开；工频运行时，KM3闭合，KM1和KM2断开，并且带同步投切功能，项目方案如上图所示。

        设备参数：

        电动机参数：额定电压：10000V    发电机参数：额定电压：11000V

                             额定电流：172.1A                           额定电流：787.3A

                             额定功率：2600kW                          额定功率：15000kW

                             额定转速：750/900转                      额定转速：750/900转

                             额定励磁电压：46.6V                       额定励磁电压：90.6V

                             额定励磁电流：452.2A                     额定励磁电流：572.7A

                             额定功率因数：0.9超前                    额定功率因数：0-0.1滞后

                             额定频率：50/60HZ                         额定频率：50/60HZ

                                                                                      相数：3/单

        高压变频器参数：型号：HARSVERT-S10/190      编号：10190

                                   主控版本: M1.110    监控版本: V1.6.6-10190    级数: 9 级

                                   额定容量：3250KVA             额定输入电压：10000V

                                   额定输入频率：50HZ            额定输出电压：10000V

图2 现场运行中的变频器和所带负载发电机组

图3 现场变频器运行在60ＨＺ时

图４现场变频器使用的工艺控制图

二、高压变频器与励磁柜协调控制调试

        2.1 高压变频器的启动调试

        调试主板0-5V的输出电压对应励磁柜与电机的额定励磁电流，低压模拟调试正常，对其带电机控制启动运行。

        调试结果：控制励磁电流稳定，正常启动。

        2.2 高压变频器的正常运行调试

        正常启动以后就是保证能够正常运行，该设备有50HZ和60HZ之分。

        调试结果：可以运行到５０/60ＨＺ并稳定运行。

        2.3 高压变频器的运行参数优化调试

        正常启动后正常运行，保证电机的定子电流也就是变频器的输出电流尽量最小。理论上是当输出功率因数为１时的输出电流最小，但是需要励磁控制柜进行自动调节，使电机的励磁电流随变频器的控制进行不断调整，以使电机的定子电流最小。

        调试结果：可以完全控制电机在整个使用过程中定子端的电流最小化。

        2.4 高压变频器旁路后的励磁电流控制

        变频器带电机运行到５０ＨＺ后需要切换工频市电运行，保证正常切换过程的励磁电流控制且稳定。

        调试结果：在变频切换工频后，稳定控制电机的励磁电流，满足发电机带负荷的能力。

        2.5 变频器选择运行60HZ时的励磁电流控制

        当选择变频器60HZ运行时，变频器本体对电机的励磁电流进行实时控制。

        调试结果：完全满足60HZ运行时的要求。

        2.6 当变频器50HZ运行切换到工频后的

        电机的所有启动停机控制都由变频器实施，当工频运行中需要停机时，需要操作变频器控制柜上面的工频停机按钮，以便对励磁柜的进行灭磁控制。

        调试结果：完全满足电机的正常停机控制及励磁控制要求。

        2.7 变频器运行过程中出现故障的控制

        当变频器运行过程中出现故障，会跳KM1、KM2，并连发信号给励磁柜进行灭磁。

        调试结果：满足故障停机控制及励磁控制要求。

三、高压变频器“同步投切”功能调试：

        3.1 同步投切功能介绍

图5 同步投切原理图

        同步投切有两种工况：一是变频投工频，二是工频投变频。这两种情况下，都要求变频器根据输入侧电网电压，进行输出电压同期。

        关于工频投变频，原先负载处于工频运行，变频器接收到投切指令后启动，运行到工频，锁定电网电压频率、幅值和相位，然后，将变频器输出通过电抗器与工频电网并联向负载供电。在将负载从工频电网转移到变频器后，断开负载的工频供电支路，随后，负载由变频器驱动运行。

        关于变频投工频，原先负载处于变频运行状态，变频器接收到投切请求后，运行到工频，锁定电网电压频率、幅值和相位，然后，将工频输出合闸，变频器与工频电网并联向负载供电。在将负载从变频器转移到工频电网后，断开负载的变频供电支路，随后，负载由工频电网驱动。

        该设备只有要求运行到50HZ后“变频切工频”，不要求“工频再切回变频”。

        3.2 同步投切的控制过程

图6 “变频切工频”逻辑图

        “变频切工频”逻辑：按柜门“变频切工频”按钮后，变频器 “PLC200”收到“投切请求”指令。当运行频率等于输入频率后，PLC200发脉冲形式的请求信号给主控箱。其逻辑如图6所示。主控箱收到该指令后对变频器输出进行锁相，锁相成功后再给PLC发出工频允许合闸指令，由变频器的“PLC200”控制KM3合闸，最后在KM3合闸成功后再对KM2，KM1进行分闸控制，直到KM1、KM2成功分闸后，才算整个同步投切功能完成。

        3.3 同步电机同步投切调试步骤

        (1)检查确认主回路高压线缆、励磁柜连接正确。确认工频至电机回路的工频开关处于断开的位置，将变频输出至电机的开关闭合；

        (2)给变频器高压上电，投 60%励磁，变频启动同步机运行，观察并确认变频器输出电压、电机电流三相对称、正常的情况下，逐步升速至 50Hz；

        (3)校验变频器输入、输出检测线相序；

        (4)校验同步投切高压线缆线序；

        (5)变频器空载，进行输出电压锁相；

        (6)变频器空载，进行不带电机同步投切；

        (7)变频器空载，进行带电机同步投切。

四、总结

        同步机以及同步投切功能的调试，一定要与励磁柜厂家配合好相关的控制参数和功能的协同，才能完美实现对同步机的控制。具备同步投切功能的高压变频器在同步机带同步发电机组上的应用，满足了生产工艺的特殊要求，为高压变频器在新的应用领域又迈进了坚实的一步，充分体现了北京利德华福公司的大胆创新精神和综合实力，其不愧是行业的领头企业。

参考资料：

        1.《B01-070[1].3 wince矢量控制型人机界面操作手册PDF－－20101214.pdf》；

        2.《BLH B01-070[1].6 安装调试及维护手册PDF.pdf》；

        3.《高性能DSP控制高压变频器.pdf》;

        4.《同步电机调速现场调试培训.ppt》；

        5.《同步机调试指导书.doc》；

        6.《同步机和异步机的区别－倚鹏.pdf》。

        作者简介：赖界刚，男，（1984—）四川人，服务于北京利德华福电气技术有限公司，长期从事变频器的技术支持工作。