6500kw引风机变频方案

6500kw 引风机变频方案
一、项目主设备参数情况
该项目改造负载为两台引风机，电机功率6500kw ，额定电流748A.
二、项目实施的内容
2.1 传动方案
根据电动机参数，提供变频器额定容量：8250kVA ，额定电流：790A 。

2.2 高压变频调速装置的构成：
对应单台引风机配置一套高压变频调速装置，每套变频调速装置包括控制柜一台、模块柜一台、隔离变压器柜一台和工频/变频旁路切换柜一台，它们和引风机、电动机及后台控制系统构成一套完整调速系统。

2.3 高压变频调速装置主回路方案：
2.3.1 一拖一手动方案
高压变频器，配专用隔离变压器、专用系统旁路切换柜。

（系统主回路电气原理图如图1所示。

） QS1
QS3DN1旁路柜高压电机
M 变频器高
压
电
源
母
线 用户开关FN1QS2
图1 高压变频调速装置主回路（一拖一手动）方案
6kV 电源经变频装置输入刀闸QS2到高压变频装置，变频装置输出经出线刀闸QS3送至电动机；6kV 电源还可经旁路刀闸QS1直接起动电动机。

进出线
刀闸和旁路刀闸的作用是：由于变频装置和用户开关联锁，一旦变频装置出现故障，即可马上断开用户开关，待变频装置掉电完全后，断开变频装置出线刀闸QS3，再断开变频装置进线刀闸QS2，将变频装置隔离，手动合旁路刀闸QS1，合上用户开关，在工频电源下起动电机运行。

旁路刀闸柜符合“五防”闭锁的要求，旁路柜高压有电或高压侧开关在合闸位置时，闭锁所有刀闸操作，前后柜门不能开启；旁路刀闸QS1、输入刀闸QS2、出线刀闸QS3之间机械闭锁，防止误操作，QS1、QS3刀闸可以同时拉开，不能同时合上。

QS1、QS2、QS3刀闸的合闸位置、分闸位置接点信号分别远传至DCS，每个刀闸提供3常开3常闭辅助接点。

2.4 系统控制
变频装置具有和现场分散控制系统DCS的通讯接口，变频装置根据DCS 控制指令，控制电动机的启动、停止，控制电动机的转速；变频装置通过通讯接口向DCS反馈变频装置的主要状态信号和故障报警信号。

在正常工作情况下，由操作人员根据工艺需要，通过后台DCS控制系统调节电动机的转速控制风量。

同时，变频器柜配置有控制操作装置，可以在变频器现场对运行情况进行监控，控制变频器启停。

现有DCS系统需增加引风机变频器的控制功能，相应需增加部分信号隔离、传送、转换、控制方面的器件，并对DCS系统程序做相应的修改以及增加部分程序。

2.5 变频调速装置和DCS之间必要的通讯信号：
2.5.1 用户（DCS）--- 变频器
序号名称逻辑要求接口类型用途
1 运行
DCS控制脉冲信号干节点：常
开
DCS启动变频器，按照设定加
速曲线升频到设定频率
2 停机
DCS控制脉冲信号干节点：常
开
DCS停止变频器，按设定曲线
降频到0Hz
3 复位
DCS控制脉冲信号干节点：常
开
DCS复位主板故障记录
4 模拟给定
AI1 4～20mA
（0.2级）
模拟量DCS控制变频器频率
2.5.2 变频器-- 用户（DCS）
序号名称逻辑要求接口类
型
用途
1 工频方式合：允许工频方式运行
开：无干节点：
常开
向DCS标识系统
允许工频方式运行
2 变频方式合：允许变频方式运行
开：无干节点：
常开
向DCS标识系统
允许变频方式运行
3 远方/就地合：变频器处于远方控制
状态
开：变频器处于就地控制
状态干节点：
常开
向DCS标识变频
器的控制方式
4 变频器运行合：变频器处于运行状态
开：变频器处于停机状态干节点：
常开
标识变频器的状态
5 请求运行合：允许运行变频器干节点：允许运行变频器
开：不允许运行变频器常开
6 请求合高压合：允许合高压开关
开：不允许合高压开关干节点：
常开
允许DCS合高压
7 轻故障合：变频器处于轻故障状
态
开：无轻故障干节点：
常开
向DCS标识变频
器的故障状态
8 重故障
（紧急停
机）合：变频器处于重故障状
态
开：无重故障
干节点：
常开
向DCS标识变频
器的故障状态
9 请求断高压合：请求断高压开关
开：无断高压开关请求干节点：
常开
请求DCS分断高
压
10 变频器运行
频率4～20mA 模拟量变频器运行频率模
拟输出
11 电机电流4～20mA 模拟量电机电流模拟输出2.5.3 变频器--→进线开关
序号名称逻辑要求接口类
型
用途
1 紧急分断
进线开关合：断高压开关
开：无断高压开关请求
干节点：
常开
紧急分断进线开关
2.5.4 进线开关--→变频器
序号名称逻辑要求接口类用途
型
1 高压开关
位置合：开关已合
开：开关断开
干节点：
常开
高压开关合、断信
号
2.6 使用变频调速装置的基本要求
1)控制电源要求：两段AC220 3kVA，变频器内部自带双电源切换功能，
变频器内部另配置一个能维持控制系统工作30分钟的UPS;
2)接地电阻要求：在变频室内需设计2个独立的接地极。

一个接地极为电
气安全保护地；另一个接地极为变频控制系统用保护地。

接地电阻要求
小于4欧姆。

3)变频器安装条件要求：由于现场粉尘比较严重，所以建议变频器安装在
独立的房间内。

考虑到变频器（不包括变压器）大概有130多kw的散
热量，本项目采用风水冷却方案，热量通过户外散热风扇进行热交换，
因此要求变频器室户外温度≤50℃，同时考虑功率模块的运行温度，变
频器室户内温度要求≤40℃。

4)变频室照明用电源要求：在变频室的电气设计上，要求设计两路独立的
AC380V电源系统（相互备用）供照明用。

5)为了提高系统的可靠性，高压变频器和DCS的信号连接采用点对点的
硬接线连接，所有信号线均采用屏蔽线，单根线截面面积应≥1.0mm2，铜质导线；
6)高压变频器和DCS的模拟量信号统一采用4～20mA隔离信号（信号发
送、接收均在两端设备内加隔离）；
7)高压变频器和DCS的数字量信号统一采用继电器干接点信号，接点容
量为3A/250V;
三、6500kW/6kV电机变频器实施方案
3.1 大电流输出问题：
8250 kVA高压变频器的额定输出电流为790A。

系统设计过程中，除了需要满足额定输出电流的要求外，还需要具备120%过负荷1min的能力；并且必须能够承受瞬时1.5倍额定电流的冲击无器件损伤。

因此，功率器件的选型必须依据峰值电流设计。

也就是说，功率单元的通流量需要达到1.5×790√2，即1676 A。

考虑到IGBT具有一定的瞬时过流能力，因此基于散热方面的考虑IGBT采用德国西门康SKiiP 2403GB172-4DWV3，配NWK 40水冷板，额定电压：1700V，额定电流：2400A。

1) 用同型号、同批次IGBT，筛选电流曲线、开关损耗值等性能参数完全一致的器件进行功率单元的生产。

2) 在物理上严格保证电路参数的一致，消除结构安装、散热条件、线路布置等分布参数对实际运行的不利影响。

3) 采用低电感回路设计，避免动力母线寄生电感对器件安全性的影响。

4) 单元控制板产生步调一致的触发脉冲信号，保证并联器件的开关控制误差＜1μs。

5) 驱动线路采用更为严格的抗干扰设计，并进行主电气回路电磁辐射测试；保证驱动波形不畸形，实现电气控制参数相同。

6) 动态电流平衡技术，保证IGBT运行工况一致；避免温度变化带来的器件特性参数差异，引起电流不均导致器件烧毁系统崩溃的问题。

3.2 设备散热问题:
高压变频器的自身冷却和环境散热问题是高压变频系统使用中不可忽视的重要问题之一。

8250kVA的设备在满载运行情况下有2～4%的损耗，功率约为165～330 kW；这其中绝大部分是以热量形式散失在空间当中的。

及时有效地将自身热量传递到设备外部，使系统工作温度在允许范围内是保证设备安全运行的关鍵因素。

变频器的热量损耗主要包括变压器柜和功率柜两部分。

变压器采用H级干式变压器标准设计，绝缘材料能够耐受180ºC的运行高温，变压器温升可达125K；标称容量为145ºC自然冷却条件的有效容量值。

可以说，变压器对运行
温度的要求并不敏感；只要运行温度低于理论设计值145ºC，那么变压器就会满足使用要求。

但是，系统为了保证变压器的过载能力达到电气设计指标，冷却系统采用B级绝缘130ºC的工作温度设计。

换句话说，变压器柜的冷却系统能够满足B级干式变压器的运行需要，无疑改善了H级干式变压器的运行条件，提高了运行效率，热量损失也随之降低。

因为变压器的运行温度越高，它的损耗越大、效率越低。

功率柜是变频器运行中的又一发热主体。

功率器件IGBT的最大允许运行温度（外壳温度）不能超过85ºC，过高的温升会导致管压降加大、热损耗增加；形成恶性循环引起器件内热量累积，导致因温度过高而烧毁。

因此，必须处理好功率器件的散热问题，才能保证系统的安全可靠性。

以往小功率产品单位热量较低，散热和冷却系统可以有较大裕量且受到制约的因素较少。

而8250kVA产品，功率器件的单位热量增加、必须考虑空冷散热的功率大小问题；因此，有效地将器件本身的热量带出来，并且能够快速地把热量传到系统外就显得尤为重要了。

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，而环境温度一致；且功率柜对环境温度较为敏感。

可考虑变压器柜和功率柜采用不同的散热方式。

变压器仍使用风冷方式，通过散热风道将热量排到室外。

功率柜采用风水冷却方式：功率模块采用水冷散热方式，最后通过水风换热装置将热量排到室外。

四、变频器的基本性能
1）变频器为高－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；
2）进线变压器采用干式变压器，按H级绝缘等级设计，配金属外壳、冷却风机，具有就地和远方超温报警和相应的控制功能；进线变压器能承受系统过电压和变频装置产生的共模电压以及谐波的影响。

3）进线变压器允许过负荷能力符合IEC干式变压器过负荷导则及相应国标要求。

4）进线变压器安装在户内，并和高压变频装置布置在一起。

供方负责进线变压器同高压变频装置之间的连接。

5）进线变压器在出厂前进行出厂试验。

试验内容和方法满足相应的国际标准和国家标准，所有试验提供试验报告。

6）进线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。

7）系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器，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；
8）36脉冲输入符合并优于IEEE519～1992及GB/T14549～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；
9）在20～100%的负载变化情况内达到或超过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；
10）无需加装输出滤波器变频器就可输出正弦波形的电流和电压，因此对电机没有特殊的要求，可以使用原普通异步电机，电机也不必降额使用。

具有软起动功能，没有电机启动冲击引起的电网电压下跌，可确保电机安全、长期运行；
11）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%。

变频器有共振点频率跳跃功能；
12）变频装置对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和dv/dt 的影响；
13）变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试；
14）变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在+10%～-10%范围内变频器能满载工作，可以承受35%的电网电压下降而降额80%继续运行，电网瞬时失电5个周期可满载运行不跳闸；
15）变频器效率（包括变压器）>96%；
16）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辨别和解决所出现的问题；
17）具有就地监控方式和远方监控方式。

在就地、远方监控方式下，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；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；
18）变频器高压主回路和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，安全性好；
19）控制系统具有在线检测变频器输入电流、输出电流、频率等；
20）输出频率分辨率：0.01Hz；
21）过载能力为120% 1min，150%立即保护（<10μs），满足泵类和风机类负荷要求；
22）转矩特性：0～50Hz恒转矩特性，额定转矩输出，转矩阶跃响应＜200ms。

50Hz以上恒功率特性，最大转矩和转速成反比下降；
23）变频调速系统运行噪声<80dB；
24）调速范围：0-100%连续可调；
25）加/减速时间0.1-3000 秒，可按工艺要求设定，常规工程180～300秒；
26）输出频率0-50Hz(根据电机情况可设定)；
27）变频器抗地震能力为8级，振动0.5G；
28）临界速度可跳过(共3组，可任意设定)；
29）安装、设定、调试简便；
30）功率电路模块化设计，维护简单；
31）完整的故障监测电路、精确的故障报警保护；
32）自带冷却风机，风机电源和控制电源分开取电，电源取自输入侧变压器；冷却风机故障由柜体风道风压参数反映并报警。

33）内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；
34）可灵活选择现场控制/远程控制；
35）完整的通用变频器参数设定功能；
36）自备UPS，可维持30分钟；
37）I/O类型
a）模拟量输入：2路4～20mA；
b）模拟量输出：4路4～20mA；
c）开关量输入：24路，可按用户工艺要求扩展的无源节点；
d）开关量输出：16路，可按用户工艺要求扩展的无源节点。

五、主要技术参数
序号名称技术数据备注
1 型式及型号6kV/8250kVA
2 供货商及产地
3
安装型式（靠墙
/不靠墙）室内，不靠墙安装，不少于两点接地，接地电阻≤0.4欧姆
4
变频器输入侧
有无熔断器
无
额定输入电压/
5
6000V，-20%～+10% 4800~6600V 允许变化范围
额定输入频率/
50±10% Hz 45～55Hz
6
允许变化范围
额定输入侧功
7
＞0.96
率因数
8 系统输出电压6kV
9 系统输出电流790A
逆变侧最高输
6.3KV
10
出电压
11 变频器效率＞96%
输入电流谐波≤4%，输出电压谐
12 谐波
波＜2%
13 控制方式SPWM脉宽调制
14 控制电源AC 220V 3kVA
三相全桥二极管整流
整流形式及元
15
件参数
逆变形式及元
H桥逆变
16
件参数
采用光缆
电隔离部分是
17
否采用光纤
18 噪声等级＜75db
19 冷却方式风水冷
20 冷却系统故障
对变频器的影
响
轻故障报警
21 功率单元故障
对变频器出力
的影响
当一个单元故障时，可输出96%
额定电压；当两个单元故障时，
可输出77％的额定电压。

22
每相功率单元
个数
每相6个
23 过载能力120% 1分钟150%立即保护
24
模拟量信号(输
入)规格及数量
2×4～20mA 频率给定
25 模拟量信号(输
出)规格及数量
4×4～20mA 输出电压、频率、电
流，功率，F，I两路
即可
26
开关量信号(输
入)规格及数量
10对干接点28
开关量信号(输
出)规格及数量
6对干接点29 防护等级IP31
30 操作键盘触摸微动式
31 界面语言简体中文
变频装置外形
32
11500×1500×2674（长×宽×高）尺寸
是否有输出滤
无
33
波器
盘前盘后双向
盘前维护或盘
34
后维护。