凝结水泵变频改造可行性报告

1、凝结水泵变频改造工程行性报告华能大连电厂2021 年 6 月 12 日一、系统概况 2二、凝结水系统分析 2三、高压变频系统方案 13四、冷却系统方案 28五、设备安装施工方案 30六、结论 33#1、#4机组凝结水泵变频改造工程可行性报告一、系统概况华能大连电厂机组为4X 350MW发电机组，每台机组汽机配套三台凝结水泵电动机，单台功率一期为310KW、二期为448KW，运行方式为两台运行一台备用，切换方式为手动切换，压力低时联动。正常情况下，系统根据机组负荷上下，控制主凝结水调整门的开度，调节凝结水流量，从而到达稳定运行的目的。在这种调节方式下，系统主要存在以下几个问题：采用凝结水泵定速运

2、行，阀门调整节流损失大、出口压力高、管损严重、系统效率低，造成能源的浪费。当流量降低阀位开度减小时，调整阀前后压差增加工作平安特性变坏，压力损失严重,造成能耗增加。长期低阀门开度，加速阀体自身磨损，导致阀门控制特性变差。管网压力过高威胁系统设备密封性能，严重时导致阀门泄漏，不能关严等情况发生。设备使用寿命短、日常维护量大，维修本钱高，造成各种资源的极大浪费。二、凝结水系统分析1、工艺系统的要求及特性变化华能大连电厂机组为 4X 350MW。每台机组配置有三台凝结水泵，两用一备，定速运行，高负荷情H(m)*'-G ''C 60%b* I df 、 ，7at +(. .一

3、.c*b2 a2况下，主凝结水调节门开度在50%左右。低负荷时调整门开度更低。定速运行时节流调节原理图如下：阀门开度Qn15% 20%凝结水泵供水时，其扬程(见上图)。管道阻力b140%e1e2凝结水自动调节阀开度(节流损失bb1,ee1)决定的。运行中管网压力根本不变、流量随机组负荷变化。影响阻力特性的主要调节因素是凝结水调门开度。凝结水泵运行工作点是由凝结水泵特性曲线与管道°%阻力特性曲线的交点决定的。凝结水泵工频定速运行工作点a ( a,b,c,d,e)是随锅炉凝结水调 门开度变化 的。负荷增大时凝结水自动调节阀开大，阻力减小、，流量增加，泵口压力下降 ；负荷减少时凝结水自动e

4、2 d2 c2调节阀关小，阻力增加，泵口压力升高。这就是节流调节的特点。其大量电能消耗在调节阀的节流上。bbl, cc1 , dd1, eel为调节阀不同开度节流 压头损 失。凝结水泵最经济的工作点，应该是供水流量到达需求目标的情况下，泵口压力到达管网压力的最小需求值。这在工频定速方式下是难于做到的。2、凝结水变频系统方案推荐方案针对该工程的实际情况和系统对平安性能的要求，现对凝结水系统制定一套完整的解决方案，以期将动力、控制局部进行整体阐述和分析，结合凝结水的特点，具体方案如下:A、动力系统方案1 一次动力系统方案由于凝结泵属两用一备运行方式，因此采用一拖一方案可以提高变频设备的可靠性，保证

5、系统具有良好的节能效果。另一方面，凝结泵具有定期设备轮换的制度，为降低系统操作的难度，系统采用高压开关等自动切换装置，从而，使得系统操作简便、平安可靠。具体系统结构原理如以下图所示。6kV母线段6kV母线段QS11QS12 QS1系统主电气原理如上图所示，其中 QF表示高压开关、QS表示隔离开关、TF表示高 压变频器、M表示凝结水泵电动机；QF为现场原有设备，QS12和QS13之间、QS22和QS23之间均存在机械互锁 关系，防止变频器输出与 6kV电源侧短路。正常运行时，断开 QS13、闭合QS12、QS11隔离开关， #1凝结泵处于变频运行状态；断开QS23、闭合QS22、QS21隔离开关

6、，#2凝结泵机处于变频运行状态。 当机组运行过程中1#变频器2#变频器故障时，系统联跳1# 2#变频器上口的高压开关 QF1 QF2 对一台凝结泵故障进行设备检查， 确认故障原因在变频器本身， 泵、电动机、高压开 关设备正常时， 该系统可断开 QS12 、 QS11 ，闭合 QS13 ;或者断开 QS22 、 QS21 ，闭合 QS23 立即恢复凝结泵原有 工频运行方式。从而，在短时间内恢复凝结泵系统的带负荷能 力，最大限度的保证生产的延续性。经改造后的凝结水控制系统主要表达出以下特点：(1) 效率高，能耗低，节能效益显著，性能价格比高。(2) 启动转矩大、电流小，机械特性好，防止泵汽蚀现象。

7、(3) 系统动态响应速度快，调节线性度好，自动投入率高。(4) 系统自动化程度高，操作简便、平安可靠。(5) 米用移相干式隔离变压器进行输入侧隔离， 多重化脉冲整流，系统对电网的谐波 污染小、功 率因数高。(6) 具有极强的自诊断和保护功能，能够对短路、过热、过电流、过电压、欠电压、缺相等故障进行快速有效的诊断和保护。(7) 系统内部采用单旁路技术，降低降低故障停机时间，提高单元故障下的带负荷能力。(8) 具 备完整的高压开关、接地之间电气和逻辑双重互锁及闭锁功能，有效防止工 / 变 频侧输出短路或接地等严重事故。(9) 采用完整的工 / 变频控制系统解决方案，从电气控制和除氧器、凝结水调节等

8、多 个层面确保机 炉系统平安和生产效能。2) 二次综合保护为提高系统的平安性能，在动力系统的二次回路设计中，在变频器自身已有保护的基 础上，针对变 频器的输入侧变压器提供专业的网侧保护措施。在变频器至电动机的变频连 接回路中安装电动机综合保 护装置，以此为 HCU 提供故障点位置的判别依据。确认故障 是在变频器的内部出现故障还是电动机侧出现的故障，从而，实现变频运行情况下的故障处理功能。同时，大大提高系统对设备保护的平安级别、二次综保配置方案针对动力系统推荐方案，二次综合保护装置的配置图如下2QFI3QFCXr电胡机滋护电J.I他&kvftfSEi段R凝结泵动力系统方案综保配置图、综合

9、保护装置的特点在该工程中所需配置的综合保护装置具体技术特点分别如下 变压器综合继电保护器特点?定时限或反时限特性的过电流保护?定时限或瞬时特性的限时电流速断保护?定时限，反时限或瞬时特性的零序电流 U段保护?定时限或瞬时特性的零序电流 I段保护?定时限特性的电流不平衡保护?电缆馈线热过负荷保护?弧光保护-两个用于弧光侦测的探头可选-根据背景光强度可自动调节-弧光检测可接收来自其它继电器的侦测信号断路器失灵保护? 用于断路器状态监视的操作次数计数器? 跳闸回路监视告警信号可与信号输出继电器相连? 跳闸输出自保持? 四个精确的交流电流量输入? 用户可选择额定频率 50/60 Hz? 三个常开重载输

10、出接点?两个常开 / 常闭信号输出接点，根据需要可 增加至五个常开 /常闭信号输出接 占八、? 按实际工况自由配置输出接点功能? 两个经电气隔离的开关量输入接点，根据 需要可增加至五个经电气隔离的开关 量输入接点? 故障录波模块-录波时间长达 80 秒-一个或多个内部或外部信号触发-可记录四个模拟量通道和多达八个可由用户选择的开关量通道 -采样率可调整? 非易失性芯片-多达 100 个带时标的事件代码-整定值-录波数据-最后五次带时标的事件录波数据-自动重合闸次数和保护起动及跳闸次数-运行指示信息和故障状态可由 LED 显示? 文本显示的 LCD 和可操作按钮的人机界面 HMI-八个可自由定义

11、 LED? 能以 IEC 或 ANSI 任一模式显示继电器动作 信息? 用户可选择密码保护以用于人机界面 HMI ? 以一次值显示电气量信息通过电脑可修改所有定值?前面板通讯方式可选择：无线或通讯电缆?背板通讯模块可选择塑料光纤，组合光纤塑料和玻璃光纤或经 RS-485接口的双绞 线任一方式与系统通讯，支持的通讯协议有 SPA-bus IEC 60870-5-103 或 Modbus RTU 和 ASCII 模式? 可选择DNP 3.0背板通讯模块与系统通讯，接口为 RS-485 口，使用 DNP 3.0通讯协议?用于实时时钟的后备电池? 电池充电监视?对继电器内部电子元件和软件运行情况连续自

12、检。?可别离的插件单元 电动机综合继电保护器特点二相热过负荷保护基于热应力计算与速度开关闭锁的三相电机启动监视 定时限特性和速度开关闭锁的三相相间过流保护 疋时限特性或速断的三相相间过流保护疋时限特性的三相低电流失载保护定时限特性的无方向接地保护反时限特性的基于负序电流的三相不平衡保护基于负丿予电流的逆相丿予保护 累积启动时间计数器和禁止再启动断路器失灵保护定时限特性的温度保护紧急启动跳闸回路监视可选RTD模块-六个测量量输入 -支持PTC热敏电阻和不同类型的 RTD传感器-三个额外的电气隔离的开关量输入?四个精确的交流电流量输入用户可选择额定频率 50/60 Hz三个常开功率输出接点? 两个

13、转换信号输出接点? 按实际工况自由配置输出接点功能? 两个电气隔离的开关量输入和三个在可选 RTD 模块上的额外的开关量输入 ? 故障录波模块-录波时间长达 80 秒-一个或多个内部或开入量信号触发 -可记录四个模拟量通道和多达八个可由用户选择的开关量通道-采样率可调整? 非易失性芯片-多达 100 个带时标的事件代码-整定值-录波数据-最后五次带时标的事件录波数据-保护起动次数-运行指示信息和故障状态由 LED 显示? 文本显示的 LCD 和可操作按钮的人机界面 HMI -八个可自由定义 LED? 能以 IEC 或 ANSI 任一模式显示动作信息? 支持多语言? 在 HMI 内用户可选择密码

14、保护? 以一次值显示电气量信息? 通过电脑可修改所有定值? 前面板通讯可选择：无线或通讯电缆? 背板通讯模块可选择塑料光纤或 RS-485 接口任一方式与系统通讯? 支持 SPA 总线， IEC 60870-5-103 和 Modbus RTU 和 ASCII 通讯协议? 用于实时时钟的后备电池? 电池充电监视有保护和输? 对继电器内部电子元件和软件运行情况连续自检。 一旦出现内部故障，将闭锁所 出接点?可别离的插件单元B、两种动力系统方案的比拟通过对原动力系统方案与推荐动力系统方案的分析、论证，两方案均可以实现凝结泵工/变频切换功能，但是在系统结构、设备数量、实施难度等方面存在差异。现以表格

15、比照的形式加以说明:方案名称一拖一手动旁路一拖二自动切换主设备r隔离开关咼压开关操作方式手动自动定期倒泵:无法实现变频定期倒泵能够实现变频定期倒泵设备利用率50%100%由列表数据可以看出：一拖二方案更适用于此次凝结水变频系统应用工程，具有平安、可靠、操作简单、维护设备少、设备利用率高、投资少、大大减轻施工费用等特点。完全符合凝结水系统节能工程的实施要求。C、凝结水变频系统控制解决方案1 凝结水变频协调控制单元结构及原理在动力系统的二次控制中增加变频协调控制单元HCU。主要用于实现凝结泵变频 运行模式的故障、综保、状态、故障分析、两种运行模式下的保护投退等控制、诊断功能。通过HCU将凝结泵的控

16、制执行设备整合为一体，作为一个执行设备取代原来的高压开关，对于DCS而言仅是对凝结泵进行启停操作。由HCU实现控制设备状态、控制、逻辑闭锁、保护等功能。大大减低因凝结水变频改造导致的 DCS 端口增加，逻辑复杂化的问题。将变 频设备与工频设备整合在一起，使用现有逻辑和端口能够确保DCS内部的程序完整性以及 系统联锁的准确性，防止 DCS逻辑改造漏动、误动等问题。该控制装置与变频器一体化设计，与现场的凝结水工/变频自动切换回路形成一套完整 的控制系统。工作原理是：将凝结水工/变频自动切换系统的综合保护装置作为变频回路和工频回路的主要检测方式，接受变频器上口、变频器下口以及变频器旁路开关的二次检测

17、信号。通过对不同主动力系统运行工况参数及工作状态的检测，由故障点分析模块根据信息来源的动作先后、反响速度、二次电流、电压的幅值变化，结合变频器自身的运行参数 检测信息，分析判断故障点的真实位置。通过故障识别模块判断故障 的平安级别和危害程 度，同时显示具体故障点位置和故障原因。协调控制单元在接到故障点分析的具体位置和平安级别报告后，结合现场设备的运行状态和工况，决定是否采取变频向工频运行方式的切换操作。如果凝结水主动力系统允许由变频向工频运行方式的自动切换；那么根据实际负荷，计算出工频开关合闸操作的时机。数字量输入、输出接口模块主要是接受外围远程控制信号，实现凝结水变频上、下口及旁路开关的联锁

18、保护、闭锁逻辑和控制功能。同时将高压开关和外围控制信号传递给协调控制模块进行综合信息处理和判断。故障诊断和自处理模块主要是对外围接入的开关量、 模拟量以及二次仪表的检测信号 进行分析判断， 确定信号接口是否正常，信号输入、输出是否有效，是否存在错误状态等。 并且根据实时的状态信息， 判断出故障端口点号，并将其从逻辑处理回路中切除，通过信 号替代保持信号处理的完整性。从而，大 大提高系统逻辑处理的平安及可靠性。凝结泵变频运行方式分为手动控制和除氧器水位 PID 调节自动控制两种。正常情况下， 凝结水母 管循环门关闭，系统自动强制凝结水母管调节门开度指令100 %，由 PID 自动调节变频泵转速维

19、持除氧器水位。变频泵故障跳闸时，系统联起工频备用泵，由调节门维持 除氧器水位。 由于变频泵和调节门的控制特性不同，因此在系统动力系统切换时，调节系 统自动进行 PID 整定参数的 修正，以适应系统对除氧器控制品质的要求。另外，为改善除氧器水位、凝结器水位自动调节系统的调节品质，提高凝结水系统的 控制水平，在 本次变频装置改造中自动控制方案中使用目前该领域针对除氧器水位控制最 新研究成果一一间断式控制 理论。该控制方案引入了一些先进的控制思想静态不完全预估，主要思想是将变频凝结水泵的转速信号引入控制系统中， 与水位偏差相平衡，保证水 位的相对稳定控制在一定的区间内，并引入机组的主蒸汽流量信号，以

20、提高系统的负荷 适应能力和 补偿变频凝结水泵转速信号引起的偏差，使系统只是在机组负荷发生变化的过 程中和水位自发扰动变化 的过程中动作，变频凝结水泵的转速信号与上述扰动变化量相平 衡后，系统处于等待状态，以适应热力 系统地滞后和各种不确定因素。针对高压变频器在凝结水系统中的应用，在系统的控制设计中还考虑以下几个方面的 措施： 由于凝结泵进行变频改造后，在系统的调节过程中，母管压力会随负荷的降低而降低。 为保证汽轮 机低压轴封汽减温水用水，以及低压旁路减温、汽机低压缸喷水减温等用水， 必须通过试验确定凝结泵 最低工作压力，保证其它辅助系统能够正常工作。在变频运行时，取消“凝结泵母管压力低联起备用

21、泵的控制逻辑；在系统切换至工 频泵运行时， 系统延时投入“凝结泵母管压力低联锁回路。工频运行时，原有除氧器水位、凝结水母管压力等控制、调节逻辑不变。2凝结水控制系统运行工况分析由于泵类输水系统的管网工作压力过高，在切断泵电动机电源后泵体失去动力，管网 压力会在泵口 形成巨大的“水锤效应，使得泵转速瞬时顿减，在1? 3秒钟时间内转速下 降 70%。如果此时启动会引起网侧启动电流超标， 合闸操作失败；并且对电动机和凝结泵 轴产生冲击应力，严重时，导致泵体损坏。 因此，在工、变频切换方式中防止采用同泵切 换的方式进行操作。、正常运行方式正常运行时，比方 A泵运行在变频调速状态下，电源通过“6kV凝泵

22、变频总开关至 变频器，然后通过"A凝泵变频开关输出至 A泵电机。此时B泵“ B凝泵工频开关处 于备用状态。当需要定期切换至B泵运行时，需进行以下顺序的操作，逻辑如下。初BJW聚I频开关杆分闸位 1 允/p "B/lifV变频开矣和仃闸 A凰泉变频开关分闸位1正常运行方式a. 合“ B凝泵工频开关，工频开启 B泵。b. 停A泵，用“ A凝泵工频开关开启 A泵。c. 停B泵，用“ B凝泵变频开关将B泵接入变频器，变频控制开启B泵。d. 待B泵运行正常后，停 A泵备用，切换完成。B泵切换到A泵，顺序相同。 、一台泵发生故障情况的运行方式当变频控制的工作泵发生故障跳闸，或出力缺乏等

23、故障时，另一台泵会自开工频投入运行与原自投方式一致。应将发生故障的泵处理好后，再按上述方式切换至变频运行。在此之前备用泵只能工频运行，不能调速，逻辑如以下图所示。事枚状况、当单段厂用电失电后的运行方式变频器由6kV II段供电，当变频器带 A泵运行时，如果发生6kV I段电源失电，此时A泵可以利用“ A凝泵工频B泵因母线失电不会自启，这样为了不至于造成两台泵全停，开关自投，实现 A泵继续运行，控制逻辑如以下图所示"KV凝泵变I低电压脚Uv 卜 j 严if Z 1 尹、丄 ILu1b * 'Lpi 1 , J变频器所在母线失电时低电压启动联锁逻辑、当变频器故障，需要长期退出运行

24、时的运行方式当变频器故障，短期不能恢复运行时，可以方便的将“6kV凝泵变频开关、"A凝泵变频开关、"B凝泵变频开关停电，立即就可以恢复到改造前的状态，同时变频器可以退出维修。3) 凝结水泵电机变频改造对电气、热控的要求凝结水泵电机变频改造对电气、热控的要求：(1) 确定除氧器水位为调节对象。(2) 在DCS操作员站设计、增加软手操，实现对凝泵变频的启、停、降速控制，显示凝泵、变频器的工作状态。(3) 凝泵变频正常工作时，控制除氧水位调门全开，事故状态下，调门动作维持原设计功能。(4) 变频器以“凝结水压力作为自动切手动条件。(5) 变频器至两台凝泵电机的开关的互锁由电气与热

25、工双重实现，热工设选择开关，设三套独立联锁，即 A/B泵工频相互联锁,A变频控故障联锁B工频启动，B变频制控制故 障联锁A工频 启动。(6) 凝泵电机原有6kV开关控制回路不变，保存原设计的所有功能，变频器退出运行时，不降低凝泵电机运行可靠性。(7) 变频器故障联锁跳变频电源开关，6kV I段母线失电，即变频器失电，低电压联锁启动A工频开关，控制回路的逻辑由电气实现。4) 凝结水变频专用协调控制单元与DCS接口每套凝结水变频器均内置安装有凝结水专用协调控制单元(简称：HCU )，实现变频器在凝结水系统中的应用，显著提高系统的平安可靠性。确保系统在出现变频器故障时，能够将凝结水准确平稳的切至工频

26、运行，同时控制凝结泵控制阀门最小扰动量变化。在切换完成后恢复系统正常运行和控制。凝结水变频专用协调控制单元接口清单如下 对DCS而言序号信号定义r类型端口描述备注1凝结泵启动指令1类型DO原凝结泵咼压开关合闸原有端口2凝结泵停止指令DO原凝结泵咼压开关分闸原有端口3凝纟口泵报警信号DI原凝结泵开关报警信号原有端口4凝结泵跳闸信号DI原凝结泵开关跳闸信号原有端口5凝结泵运行状态DI原凝结泵咼压开关分闸状态信号原有端口6凝结泵停止状态DI原凝结泵咼压开关分闸状态信号原有端口7凝结泵控制阀门控制信号接入AO原凝结泵控制阀门开度控制原有端口8凝结泵控制阀门开度信号反响AI控制阀门开度信号反响原有端口高

27、压变频器及高压开关、旁路柜等设备不再需要与 DCS连接，DCS只需与凝结水变频专用协调控制单元HCU连接即可、高压变频系统方案1、高压变频系统技术方案1HARSVERT-A高压变频调速系统技术参数及特点利德华福HARSVERT-A系列高压变频调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设 计目标，满足 用户对于风机、泵类机械调速节能、改善生产工艺的迫切需要。利德华福HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制，适配 各种通用三相异步电机。序号规范参数备注序号规范参数备注1使用标准Q/CP BLH003-20072型式及型号HARSVERT-A06/1203供货商

28、及产地北京利德华福电气技术4安装地点室内5技术方案多级模块串联，交直交、咼咼方式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6kV ± 10%8系统输入电压6kV9系统输出电压0 ? 6kV10系统输出电流120A11逆变侧最咼输出电压6kV12额定容量1250kVA13额定输入频率/允许变化范围50Hz ± 10%14对电网电压波动的敏感性-35% ? +15%15输入侧功率因数>0.95 > 20% 负载16变频器效率> 96%17控制方式多级正弦PWM控制18控制电源双路 220VAC/50Hz , 3kVA 供电19UPS型式后备式

29、1KVA掉电可维持2030min20电网侧变换器型式及兀件30脉冲，二极管三相全桥，21电机侧逆变器型式及兀件IGBT逆变桥串连22电隔离局部是否米用光纤电缆采用安捷伦光纤连接23冷却方式强迫风冷24标准控制连接硬连接25操作键盘彩色嵌入式人机界面26界面语言简体中文27变频装置外形尺寸 宽深乂高4552mmX 1200mmX 2634mm不含旁路柜28变频装置重量6000kg29盘前维护或盘后维护前后维护30防护等级IP3131柜体颜色HARSVERT第三代标准颜色根本性能变频器为高一高结构，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；系统一体化设计，包括输入干式隔离

30、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；在20? 100%的负载变化情况内到达或超过 0.96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；无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电网电压下跌，可确保电机电机，电机不必降额使用。具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的平安、长期运行；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%。可防止风机喘振现象。dv/dt 的影响；6kV 高压情况下用低压变频器有共振点频率跳跃功能；变频装置对输出电缆无

31、特殊要求，电机不会受到共模电压和变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有电进行空载调试； 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区分和解 决所出现的问题； 具有就地监控方式和远方监控方式。 在就地监控方式下，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；就地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。卖方提供的变频装置支撑软件为汉化的 最新的正版软件； 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

32、，安 全性好； 转矩特性： 0? 50Hz 恒转矩特性， 额定转矩输出， 转矩阶跃响应 v 200mso 50Hz 以上 恒功率特性， 最大转矩与转速成反比下降；输出频率 0.5? 120Hz 根据电机情况可设定 ； 变频器抗地震能力为 8 级，振动 0.5G;临界速度可跳过 共 2 组，可任意设定 ； 安装、设定、调试简便； 功率电路模块化设计，维护简单； 完整的故障监测电路、精确的故障报警保护； 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；内置 PLC, 易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要； 可灵活选择现场控制 /远程控制；可接受和输出 1? 5VDC/4 ? 2

33、0mA 工业标准信号 ; 完整的通用变频器参数设定功能； 优异的性能 /价格比； 自备 UPS ,可维持 2030 分钟。 掉电 20 秒内来电自启动功能 跟踪电机转速再启动功能结构变频器的功率单元为模块化设计，可以从机架上抽出，移动和更换，所有功率单元是 完全一致的， 如果某一单元由于故障而不能正常工作，可以在允许设备退出的时间用备用 单元将其替换。即：在变频 停机高压切断的情况下，拔掉故障单元的J1 、J2 两根光纤头；用扳手卸下故障单元的 R、S、T、U、V 五根连线；拆下故障单元与轨道的固定螺丝；将故障单元轻轻拿下，按拆卸相反的顺序将备用单元装上并接好即可。更换一个单元的时间只需 5

34、分钟。更换单元不须专用工具。逆变器侧采用高开关频率的 IGBT 器件，保证良好的输出波形。 输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响。 整个变频系统采用强迫风冷，冷却系统可靠，平均无故障时间?变频装置本身，每一套冷 却装置拆装方 便，满足变频装置的平安可靠地运行。保护输入变压器带浪涌吸收保护 变压器进线接线端子足够大，便于与进线电缆连接。变压器柜内高压引线导体能满足 发热的允许值 v 65C变压器在各分接头位置时，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。每个功率单元带三相输入熔断器保护。变频装置还具有以下保护功能：a、 过电压保护：检测每个功率模块的直流母线电压

35、，如果超过额定电压的115% 那么变频 器保护。b、 过电流保护：电机额定电流的 200% 立即保护。C、欠电压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定的数值，那么变频器保 护。此保护实际上包括了对电网电压负向波动的保护。d、缺相保护：缺相保护设置在每个功率模块上。当变频器输入侧掉相或功率模块的保险 熔芯熔化时，会发出报警信号并保护。e、过载保护：电机额定电流的 120%每 10 分钟允许 1 分钟，超过那么保护。此保护实际上 包括了对电网 电压正向波动的保护。f、过热保护： 包括两重保护： 在变频调速系统柜体内设置温度检测， 当环境温度超过预 先设置的值时，发报警信号；另外，在主要

36、的发热元件，即整流变压器和电力电子功 率器件上放置温度检测，一旦 超过极限温度变压器130C、功率器件80C，那么保护。g、光纤故障保护：当控制器与功率模块之间的连接光纤出现故障时，会发出报警信号并保护。以上故障，均在中文用户界面上指定故障确切位置，便于用户采取对应措施。2高压变频调速系统原理HARSVERT 高压变频调速系统采用直接“高 -高变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，主体结构由多组功率模块串联而成，从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出，它对电网谐波污染小，总的谐波畸变小于 4%, 直接满足 IEEE519-1992 的谐波抑制标准， 输入功率因数高，不必采用输入谐波滤 波器和功率

37、因数补偿装置；输出波形质量好，不存 在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出 dv/dt 、共模电压等问题，不必加输出 滤波器，就可以使用普通的异步电机，变频装置每个系统共有 24 个功率单元，每 8 个功率 单元串连构成 一相，其系统结构如以下图，其中1为高压开关；2为干式移相隔离变压器；为电动机；为功率单元； 5为主控箱； 6人机接口； 7为可编程控制器； 8为电流 霍尔； 9为电 压检测。控制器人机界面a可编程序控制器PLC11场 现 业 工功率单元每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之 间相互绝缘，二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以到达

38、降低输入谐波电流的目的。每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构图如下，系统为根本的单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，IGBT逆变桥的控制方式为 PWM控制，并且有自动单 元旁路功能。功率单元内器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，可以直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题，而且功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠，器件工作在低压状态，不易发生故障。单元旁路功能：当某个功率模块发生故障时自动旁路运行，变频装置不停机，但需降额使用，即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁该功率单元IGBT的触发信号，然后

39、让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路。这样能维持生产要求，大大提高了系统运行的可靠性。VC1-a VC1-b VC1-cII变压器柜主要包括为功率单兀供电的移相变压器，还有输入侧的电压、电流检测器件电压互感 器和电流互感器，以及温度检测器件温控器。详细原理见以下图：进线电源功率柜柜内主要对功率单元进行组合，通过每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法凝结电机供电，通过对每个单元的 PWM波形进行重组，得到非常好的 PWM波形，dv/dt小，可减 少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减

40、少，消除了由此:TRi2 1a*T-DY171 J2变频器输出WWW0VI4 -引起的机械振动，减小了轴承和叶轮的机械应力。柜内还附带输出电流和电压检测功能,详见以下图:VA相单元交流进线转矩脉动的定量分析如以下图:WWW变频器输出U变频器输出V风机变频器上所配冷却风机：变压器柜配置 11台冷却风机其中柜顶上配置了 5台德国进 口 EBM 的风机，其他6台放置在干式变压器绕组底部，在变压器送电后自动运行。柜体 上还设置了温度显 示系统。功率柜根据功率大小配置9台具有世界领先技术，德国进口440W/EBM 后向离心式冷却风机。如需将热量直接排至室外，可增设风道。风机功率:台，总的通风量：4620

41、0m 3/h。标准风机配置如以下图所示控制柜控制器精心设计的算法可以保证电机到达最优的运行性能。彩色嵌入式人机界面提供友好的全中文 WIN CE监控和操作界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器还包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号包括DCS/RS485/Profibus/Modbus/以太网等的协调，并且可以根据用户的需要扩展控制开关量，增强了系统的灵活性。控制器结构上采用VME标准箱体结构，各控制单元板采用FPGA、CPLD等大规模集成电路和外表焊接技术，系统具有极高的可靠性。控制器 与功率单 元之间采用光纤通讯技术，低压局部和高压局部

42、完全可靠隔离，系统具有极高的平安性，同时具有很好的抗电磁干扰性能。采用温度控制模块可以随时监控高压变频器各个部位温度。控制器通讯原理如以下图:-UPSKb-XT2:3接地端子WPEWJ222-UPS ? 220VWN2彩色嵌入式人机界面-PLC:Q0.5-PLC:Q2M-PLC:Q0.4-PLC:Q2MWM24WPQ 机位 0QPJJDL-控制电源T1光纤功率模块厂一 I丄:1 : L+EM232J 1>WWWWWW电机转?速电机电1 1流1引至现场控制电源接受交流220VAC 士 10%操作电源，具体原理见以下图:用户现场-IL匚控制电源掉电检测输入电压检测输出电压检测输入电流检测输出

43、电流检测API AP2 AP3引至现场3kVA输入，控制电源由用户提供单相控制柜风机控制器风扇220V交流电源插座电源插座脉冲群抑制器WJLJi:温度传传感器设计，现场只对外标准接口整套变频控制装置，包括移相变压器、变频器、旁路柜等所有部件及内部连线一体化I须连接高压输入，高压输出、控制电源和控制线即可。标准对外接口示意图如下:高压变频器对外接口的具体定义如下:1)变频器提供的开关量:16点出，并且可以根据用变频器采用西门子 S7-200系列的PLC，标准数字量配置为24点入、户的不同需求进行参数化设计。其局部输出定义为:(1) 变频器待机状态指示：表示变频器已待命，具备启动条件。TF :r

44、-I(2) 变频器运行状态指示：表示变频器正在运行。m I节点断开表示IPI(3) 变频器控制状态指示：节点闭合表示变频器控制权为现场远程控制；变频器控制权为本地变频器控制。(4) 变频器轻故障指示：表示变频器产生报警信号。包含柜门非法翻开、变压器超温、控制电源掉电、凝结定信号断线、单元旁路(过热、欠压、缺相、驱动故障)等信息(5) 变频器重故障指示：表示变频器发生重故障，立即关断输出切断高压。包含过压、过流、光纤故障、变压器严重过热(6) 电机在工频旁路：表示电动机处于工频旁路状态。(7) 高压紧急分断：变频器出现重故障时，自动分断高压开关，闭点有效。(8) 高压合闸允许：变频器自检通过或系

45、统处于工频状态，具备上高压条件，闭点有效v2) 变频器提供的模拟量：变频器可以提供2路4? 20mA的电流源输出，带负载能力均为 500Q。模拟量信号和 物理量实际 大小的对应关系可由用户在调速装置上设定，每路模拟输出对应的物理量可以从以下参量中选择：输出频率、 凝结定频率、 输入电流、 输出电流、 输入电压、 输出电压、 闭环凝结定值、 实际反响值。3) DCS 提供凝结变频器的开关量：(1) 启动指令：干接点， 3 秒脉冲闭合时有效，变频器开始运行。(2) 停机指令：干接点， 3 秒脉冲闭合时有效，变频器正常停机。(3) 紧急停机指令：干接点，闭合保持有效，变频器紧急停机。(4) 高压电源

46、就绪信号：高压开关处于分断时，辅助节点闭合；作为变频器的运行条件之一。4) DCS 提供凝结的变频器模拟量：变频器采用西门子 S7-200 系列的 PLC 模拟量扩展模块 EM235 满足上述要求，此模块 可提供 4 路 4? 20mA 电流源或 1? 5VDC 电压源的输入，其输入可根据用户不同的要求进 行定义，满足用户多 方面的需求，可定义为凝结定频率、凝结定转速、压力反响等。监控界面彩色嵌入式人机界面是一种基于 WINDOWS CE 平台的一体化人机界面，它的操作权 限分级且能 保证设备的可靠运行，它提供友好的全中文操作界面。彩色嵌入式人机界面可以实现远程监控和网络化控制， 并且用户可以

47、现场设定现实参 数及控制逻辑， 它的本机启动界面和本机控制界面见下：Eicc trie Tech no logies cm > Ltd,Harvestdt京利饨华福电7技术肴腹仝司本机启动界面2004 年 W 月 IT 日 20 : W : 仃11H2MVa荽床陰圧ie暈M也Bejing Leader & 吼©Harvest本机控制界面2、变频调速系统保证可靠性的措施和质量控制手段1) HARSVERT-A高压变频调速系统的可靠性设计件之中，尽可元器件级采取了以下主要措施，以确保元器件级的高可靠性，在完成相同功能的元器能选择 MTBF 时间长的元器件。例如，针型连接器可

48、靠性比金手指( 边缘) 连接器的可靠性要高得多，因此采用针型连接器来连接底板和各模板，保证连接的高可靠 性。尽量选用高集成度的大规模集成电路 来实现多个分立元器件的功能。减少元器件的数 量，为此大量使用了 CPLD 和 FPGA 在设计电路中。 为提高系统的温度适应能力， 降低功 耗，尽量采用低功耗的 CMOS 元器件，这样既降低了整体的功耗， 提高了系统抗恶劣环境 的能力。选用各种电阻、电容器及集成电路、隔离器件时，对其耐压能力留有较 大的余量， 对集成电路的拉电流、灌电流能力使用，也留有足够的余量。设计措施：提高系统各组单元的内在可靠性和系统抵抗外部故障因素的能力。(1) 上位操作计算机采

49、用与主控计算机根本相同的软硬件配置， 当主控计算机发生故障时，可以在不停机的状态下，迅速替换，保证系统的可靠性运行。(2) 控制系统由主控单元、 PLC( 西门子 S7-200 卜主控计算机组成，在主控计算机发生 故障时， 系统不停机，确保生产的进行。(3) 为了提高系统的抗干扰能力，所有的功率模块与主控单元之间通过光纤通讯， 低压 和高压局部完全可靠隔离，所有 I/O 板全部采用了隔离措施，将通道上窜入的干扰 源拒绝在系 统之外。(4) 控制器结构上采用 VME 标准箱体结构，各控制单元板采用 FPGA 、CPLD 等大规 模集成电 路和外表焊接技术，系统具有极高的可靠性。(5) 电源系统完

50、全采用开关电源技术，各局部功能单元采用独立的供电措施， 保证在某 一局部发 生故障时，其他局部仍能可靠运行。(6) 输入干式变压器免维护，可靠性高；(7) 多级模块串联，器件工作在低压状态，便于采用成熟技术，不易发生故障；软件可靠性措施：整个软件开发过程按正向设计进行，底层实时控制系统为自行设计 和编写，确保 整个系统中没有不清楚的局部，资源分配留出很大裕度。整个系统的组成软 件经过严格测试，穷尽各种 故障可能，确保系统不死机， 不出故障。 对所有接口关系严格 定义，且均设立非法进入和退出处理措施。2) HARSVERT-A 高压变频调速系统的可靠性制造：(1) 大批量的生产保证了生产所用的元

51、器件可以从外国厂家或大的贸易代理商直接定货，在器件采购管理上以及进口渠道上，保证器件的质量。(2) 大批量的生产保证了所有的板级产品 ( 每批次上百片 )可以采用先进的机器焊接技 术来生产。(3) 大批量的生产可以对每个批次的板级产品很容易进行老化测试。 HARSVERT-A 高 压变频调速系统的所有电路板以及功率模块单元在生产后全部要进行上下温循环 试验、加电老化 72 小时以上，以淘汰不合格品。(4) 利德华福的企业标准 Q/CP BLH003-2004 作为高压变频调速系统的通用技术条件， 要求每个系统出厂前不仅要经过多达几十项严格的生产测试， 而且还要在厂内带载 运行 48 小时，然后

52、还要经过品质管理部门的全面检验才能出厂。(5) 制度化设计和管理保证产品的质量是客观的，而不依赖于某个人。变频调速系统从 开发、设计、生产、检验到用户处的安装调试，以及售后效劳，严格按照 ISO9001 质量管理体系实施，工程合同的执行过程每一个环节均由文件进行交接， 所以工程 的进行是很制度化的，不会受人为因素的影响。3) HARSVERT-A 高压变频调速系统的可靠性应用：(1) 提高系统的实用性和使用方便性， 全中文图形化的操作界面使任何人经过极简单的培训( 半天)就可照界面提示使用。 界面内嵌复杂的逻辑算法， 以尽量防范用户各 种情况下的误操作； 另外， 设计了自动 /手动、本地 /远

53、程、开环 /闭环等工况的无扰 动动态切换，使操作更加容易方便。(2) 彻底地培训用户，使其不仅能完全自己进行软件操作， 而且能够进行硬件维修 (只 要会更换电 路板)。(3) 简化接线方式，保证用户接线时不犯错误。(4) 加强各种模板的功能，大大减少模板的种类，这样可以减轻用户备品备件的种类和 数量。(5) 所有模板均为自行设计，生产，因此用户永远不用担忧备件会停产和供货周期。(6) 为了在保证及时排除系统的故障，开发了远程监控组件，可以及时了解现场情况， 方便进行远 程技术支援。(7) 建立了一套完整的质量管理体系，建立了定期寻访用户的制度，随时了解用户的使用情况，及时与用户进行沟通，确保设备的可靠运行。(8) 从用户的实践中，不断的反响信息，不断的进行产品的改良，不断的完善我们的产品，从而进步提高产品质量。四、冷却系统方案而环境温度一致； 且功率 柜对环境温度由于变压器柜和功率柜在实际运行中的运行温度并不相同，较为敏感。因此，在环境热交换系统的设计上主要有以下几方面的考虑。借助设备本身的冷却系统实现环境热交换，简化系统，不增加独立的冷却风机等设备。减低辅机故障点对系统平安性能的危害。通过空-水冷装置把变频器冷