西门子大功率变频调速同步电动机培训教材

SIEMENS大功率同步电动机变频调速

培训教材

前言

本培训教材初步介绍了电驱压缩机组西门子大功率同步电动机变频调速部分的系统构成及作用，重点解析了SIMOVERT S 控制系统的工作原理及硬件的功能，分析了西门子电驱机组在调试中出现的问题，阐述了西门子电驱机组在运行中的注意事项。

本培训教材摘录了《西门子变频调速电机系统运行规程》、《西门子变频调速电机系统维护规程》等资料的部分内容，同时借鉴了西门子电驱机组在西气东输管道应用的诸多经验。

本培训教材在编撰中存在许多不足之处请各位读者谅解，并请有关专家提出宝贵意见。

2008年9月18日

目录

1、西门子电驱压缩机组系统概述

1．1 系统构成

1．1．1隔离变压器

1．1．2浪涌阻尼柜

1．1．3电流源型变频器（Current Source Inverter简称CSI）技术简介

1．1．4 变频系统接口及控制系统

1．1．5 同步电机励磁及其控制系统

1．1．6 SIMOVERT S 控制系统硬件功能

1．1．7 滤波系统单元

1．1．8 同步电动机检测单元

1．1．9 同步电动机防爆正压通风及控制系统

1．1．10 功率单元水冷系统

1．2 设备调试中出现的问题

2、电驱机组运行前的准备和检查

3、电驱机组投运时的逻辑控制

4、电驱机组运行中的检查

5、电驱机组停机时的逻辑控制

6、备用电驱机组的注意事项

1、 西门子电驱压缩机组系统概述 1．1 系统构成

西气东输电驱压缩机组驱动部分采用

SIEMENS 大功率变频调速同步电机

驱动系统，压缩机仍为ROLLS-ROYCE 公司制造，电驱系统电气一次部分主要由10kV 断路器、浪涌阻尼电阻、隔离变压器、功率变频部分和同步电机及滤波系统组成。

其一次接线图如图所示：

10kV 主断路器111仅由SIMOVERT S 的控制系统来控制，手动启动的命令被永远禁止，手动跳闸的命令被永远许可.

断路器的保护继电器可以将断路器直接跳开，ESD 系统也可将断路器直接跳开。 1．1．2隔离变压器

隔离变压器的基本参数：

西门子高速电机及中压电流源变频器

系统构成

隔离变压器 ：30MVA

电流源负载换相变频器（SIMOVERT S 0–84Hz

同步电动机：谐波滤波器&浪涌阻尼电阻柜； 同步机励磁系统； 变频器水冷却系统 电机正压防爆系统 顶轴油泵控制系统 辅助电源系统

电驱系统的隔离变压器采用双绕组设计，无载调压，其额定电压10/5.57 /5.57 kV。在多脉二极管与SCR(可控硅)整流器中相移变压器（隔离变压器）是不可少的部件，其功能主要有（1）为了消除谐波提供初级与次级线电压的相移δ，电驱系统采用由隔离移相变压器供电的12脉整流器，相移变压器的每组二次绕组供给一组6脉整流器，12脉整流器δ=30º；（2）合适的二次侧电压值，和驱动压缩机的同步电机配合，电驱机组二次侧电压值为5.57kV；（3）使整流器与电源实现电隔离。

如图所示为隔离变压器的现场安装图：

1．1．3浪涌阻尼柜

如图所示为电驱系统的阻尼柜，在变频控制系统发出指令使电驱系统10kV断路器器111接通变频变压器的初始瞬间，由于变压器的激磁涌流可以达到四倍的变压器额定电流，会产生短时的浪涌尖峰电流，导致10kV母线电压降低，可能会导致欠压报警以及对母线上其他用户产生影响，在任何运行情况下，都可能产生故障。为了避免这种巨大的浪涌效应，在接通变频变压器时，先串接一个起阻尼作用的浪涌电阻柜，三相电阻每相17Ω，减小冲击电流，接通2秒之后，电阻被柜内的真空断路器旁路。这样的软接通使得10kV 母线上的电压降小于5%。

1．1．4功率单元

整流部分：

电驱系统的核心部分为功率柜内整流逆变部分。该部分采用交直交变频方式，即先将交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变成频率可控的交流电，根据中间直流环节采用滤波器的不同，变频器分为电压源

型变频器和电流源型变频器，西气东输电驱系统采用电流源型变频器，变频器采用大电感Ld作为中间直流滤波环节，使直流电流更平滑，该系统的大电感在单一的磁芯上绕有二个线圈，一个在正的母线，另一个在负的母线，以降低加到同步电机上的共模电压。同时，由于该电抗器的存在，可以限制短路电流。

中间整流部分采用12脉SCR整流器，其主要特点是能降低线电流的谐波畸变，即使六脉整流时产生的较低次谐波电流相互抵消。多脉SCR整流器用于基于电流源逆变器（Current Source Inverter-CSI）的电力驱动，为CSI 提供可调的直流电流并由CSI将DC电流转换为频率可调的三相脉宽调制（Pulse Width Modulation-PWM）交流电流。12脉SCR整流器由移相变压器与二个相同的6脉SCR整流器组成，相移变压器二个二次绕组一个接成星形，另一个接成角形，其接线方式是Dy11d0，一般情况下，相移变压器的二次绕组的线电压为一次侧线电压的一半，电驱系统一次电压10kV，二次侧电压5.57kV。二个SCR整流器的直流输出是串联后供给单一的负载，而直流扼流圈足够大使直流电流I d不变。12脉SCR整流器能作为CSI电力驱动的前端，而逆变器将直流电流I d变换成三相PWM电流iw（电机电流），iw正比于I d （直流环电流），其关系为iw=0.816Id,故调节触发角可调节iw的大小。

电流源型逆变器具有拓朴结构简单，输出波形好及有可靠的短路保护等特点，是中压驱动中广泛采用的变换器拓朴，西门子电驱系统采用负载换相逆变器LCI，而LCI的器件则采用SCR，其换相由具有超前功率因数的同步电机实现，特别适宜于大功率同步电机的驱动，其额定功率可达到100MW。逆变器的负载为同步电动机，仍属于自控式变频调速范畴，它主要由交直交电流