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高压变频器在同步电动机带同步发电机及同步投切功能的应用
作 者:北京利德华福电气技术有限公司技术工程部华南区 赖界刚 代辉

1 引言
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2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

2 设备情况
同步切换设备一次电气图如图1所示。
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。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。
设备参数:
电动机参数

广州西门子试验发电机组控制系统现场使用如图2所示。


图2现场变频器使用的工艺控制图

3 高压变频器与励磁柜协调控制调试
3.1 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。
3.2 高压变频器的正常运行调试
正常启动以后,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,并能稳定运。
3.3 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。
3.4 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,需要切换到工频市电运行,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。
3.5 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。
3.6 当变频器50hz运行切换到工频后的控制
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。
3.7 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。

4 高压变频器“同步投切”功能调试
4.1 同步投切功能介绍
同步投切功能的原理图如图3所示。


图3 同步投切原理图

同步投切有2种工况:一是变频投工频,二是工频投变频。这2种情况下,都要求变频器根据输入侧电网电压,进行输出电压同期控制。
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”。
4.2 同步投切的控制过程
变频投切到工频的控制逻辑如图4所示。
“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4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。


图4“变频切工频”逻辑图

4.3 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相序。
(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。

5 结束语
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。

作者简介
赖界刚(1984-)男 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

参考文献(略)


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