高壓電機(jī)變頻調(diào)速改造

隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高和電力電子技術(shù)的發(fā)展，水工程中采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)越來越多，水工程公司擬在取水泵房中選用12脈沖的電壓源型高壓變頻調(diào)速器來控制355KW功率的水泵電機(jī)，對(duì)水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行升級(jí)。

據(jù)悉，國(guó)內(nèi)目前廣泛使用的高壓電機(jī)用電量占全國(guó)發(fā)電量的30％，高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置開發(fā)成功后，可節(jié)能30％，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值無(wú)法估量，產(chǎn)品市場(chǎng)前景誘人。

為了達(dá)到電氣節(jié)能和工藝優(yōu)化的目的，高壓變頻器在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：

一、高壓電機(jī)的特性試驗(yàn)和技術(shù)規(guī)范的再修訂

當(dāng)一臺(tái)普通電動(dòng)機(jī)由變頻提供電源時(shí)，其變頻器輸出端的電壓和電流諧波分量會(huì)使電機(jī)的損耗增加、效率降低、溫度升高。高次諧波引起損耗的增加主要表現(xiàn)在定子和轉(zhuǎn)子的銅耗、鐵損及附加損耗的增加。其中，轉(zhuǎn)子銅耗最為顯著，因?yàn)楫惒诫姍C(jī)總是在轉(zhuǎn)差接近1的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子銅耗非常大。在普通異步電機(jī)中，為改善電機(jī)啟動(dòng)性能，轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)使實(shí)際阻抗增加，從而使銅耗增大。

另一方面，由于高壓電機(jī)的線圈之間存在分布電容，當(dāng)高次諧波電壓輸入時(shí)，各線圈之間的電壓是不均勻的，這種長(zhǎng)期反復(fù)作用使定子線圈某一部分的絕緣造成損傷，從而產(chǎn)生線圈老化，這在普通異步電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)方面是難以接受的。 另外電機(jī)的電磁回路不可能做到絕對(duì)對(duì)稱，所以變頻器輸出電源中所含有的各次諧波分量將與電磁回路中固有的空間諧波分量相互作用形成各種電磁脈動(dòng)。

同時(shí)，電機(jī)因處在頻率不斷調(diào)節(jié)的工作狀態(tài)下，很容易與電機(jī)機(jī)械部分產(chǎn)生機(jī)械共振，造成電機(jī)機(jī)械部位的損壞。

因此，在變頻調(diào)速改造工程中，為了避免變頻調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)上述問題，技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮和高壓電動(dòng)機(jī)制造廠家進(jìn)行技術(shù)合作，對(duì)電動(dòng)機(jī)的相關(guān)特性進(jìn)行調(diào)速實(shí)驗(yàn)，重新修訂原電動(dòng)機(jī)的技術(shù)規(guī)范。

二、電力電纜選型要點(diǎn)和敷設(shè)要求

由于變頻器輸出端與電機(jī)之間的聯(lián)系采用電纜附設(shè)方式，且線路各相均存在對(duì)地電容，所以運(yùn)行時(shí)線路上的電容電流是不相等的。如果電纜附設(shè)距離較長(zhǎng)，且線路中又存在高次諧波電流，那么一旦發(fā)生單相接地時(shí)，故障電容電流所點(diǎn)燃的電弧熄滅時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使這端電纜發(fā)熱，造成非故障絕緣。

所以，在變頻調(diào)速改造工程中，針對(duì)輸出電源電纜，考慮電纜結(jié)構(gòu)上的三相對(duì)稱和屏蔽，將電纜截面適當(dāng)增加，敷設(shè)長(zhǎng)度不超過100m限定值，如果原輸出電源電纜為非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，應(yīng)更換符合要求的電力電纜。 現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)施工時(shí)要將電源電纜與控制電纜和信號(hào)電纜分開敷設(shè)，避免由電源電纜中高次諧波產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾其他信號(hào)。

三、變頻器工作環(huán)境的基本要求

由于高壓變頻器的逆變部分采用高壓IGBT等功率器件，其開、關(guān)頻率大于100HZ，易形成高次諧波電流，使得變頻裝置在工作時(shí)將產(chǎn)生一定的熱量。一般在變頻器柜的頂部均配有排風(fēng)扇，它將柜內(nèi)的熱量排放到室內(nèi)，這使得室內(nèi)的環(huán)境溫度不斷升高，最終還會(huì)影響柜內(nèi)各器件的可靠運(yùn)行。

所以，在水廠工程設(shè)計(jì)中一般變頻調(diào)速裝置單獨(dú)設(shè)置在變頻調(diào)速室內(nèi)，室內(nèi)必須安裝備用空調(diào)設(shè)施，控制室內(nèi)環(huán)境溫度在變頻器所要求的范圍內(nèi)，同時(shí)設(shè)有通風(fēng)門窗，必要時(shí)采用專門風(fēng)道進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)和冷卻。

四、高壓供電系統(tǒng)出口斷路器控制的技術(shù)完善

變頻調(diào)速裝置所用變壓器的高壓側(cè)要與高壓系統(tǒng)中的開關(guān)柜直接相連，但開關(guān)柜的保護(hù)范圍只是供電線路與變壓器低壓側(cè)的短路，而變頻器的故障應(yīng)靠變頻器自身的檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)完成。 當(dāng)變頻器發(fā)生故障發(fā)出跳閘信號(hào)時(shí)，斷路器應(yīng)可靠動(dòng)作跳閘。

然而，普通斷路器高壓開關(guān)柜內(nèi)部出現(xiàn)跳閘回路斷線或直流控制電源消失的情況，變頻器恰好出現(xiàn)故障（要求斷路器跳閘）時(shí)，跳閘線圈已失電，斷路器拒絕動(dòng)作，因而造成變頻器內(nèi)部的功率器件損壞。

所以在設(shè)計(jì)中選擇了帶有欠壓脫扣線圈的斷路器，一旦出現(xiàn)跳閘回路斷線或控制電源消失的情況，斷路器首先自動(dòng)跳閘，以保護(hù)變頻器的設(shè)備安全。

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