高壓變頻器應(yīng)用環(huán)境的研究與分析

杜輝

摘? ? 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗提出了新的要求，高壓變頻器的技術(shù)日漸成熟和廣泛應(yīng)用，使得高壓變頻器的應(yīng)用廣度和深度都得到不斷地強(qiáng)化。因此，本文對(duì)3kV變頻器應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

關(guān)鍵詞：3kV變頻器;應(yīng)用環(huán)境

1? 引言

近些年來(lái)，電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出了一些新型的器件，改善了原有系統(tǒng)的不足之處。我們平時(shí)所說(shuō)的高壓變頻器，輸入的電源電壓一般都在3kV以上，屬于大功率變頻器。就目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，電壓等級(jí)從3kV～10kV不等，種類也有高-低-高、低-高和高-高之分。對(duì)于傳統(tǒng)的高壓變頻器，主要包含可控硅整流、硅逆變等結(jié)構(gòu)，存在許多不足之處，其產(chǎn)生的諧波將影響到電網(wǎng)和電機(jī)的正常使用。

2? 3kV變頻器的應(yīng)用

2.1? 3kV高壓變頻器在應(yīng)用安全性分析

依據(jù)高變頻器調(diào)節(jié)原理，其啟動(dòng)頻率不高、轉(zhuǎn)速低以及電流小，在運(yùn)行期間較為平穩(wěn)等方面的優(yōu)點(diǎn)，使得實(shí)現(xiàn)了“軟起動(dòng)”目標(biāo)，該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，有效避免了以往工頻起動(dòng)過(guò)程中，大電流轉(zhuǎn)矩給電擊、電纜以及開(kāi)關(guān)等帶來(lái)的沖擊，這在一定程度上有效延長(zhǎng)了設(shè)備的應(yīng)用壽命。受到產(chǎn)品使用環(huán)境、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置以及認(rèn)為操作等方面因素的影響，高壓變頻器在應(yīng)用期間會(huì)常常出現(xiàn)一些故障，這些故障降低了變頻器的應(yīng)用效率，更加影響了其運(yùn)行安全性。例如某年某發(fā)電廠在應(yīng)用高壓變頻器期間，出現(xiàn)了幾次跳停故障，這導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)了滅火現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組被迫減少負(fù)荷。這不僅給公司的安全生產(chǎn)帶來(lái)了負(fù)面影響，同時(shí)也給公司的經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了極大的沖擊。

2.2? 環(huán)境改造建設(shè)空間具有局限性

首先是建設(shè)空間的局限性，空間位置具有局限性，為降低超高壓變頻器的基礎(chǔ)建設(shè)投資，以及提高改造效率，優(yōu)化高壓變頻器的工作環(huán)境，一般對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的3kV變頻器等超高壓變頻器采用改造的方式，空間的局限性使后期追加項(xiàng)目很難實(shí)施。其次技術(shù)接口的不對(duì)稱，在現(xiàn)有的3kV變頻器中存在大量落后的技術(shù)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，與當(dāng)前技術(shù)接口存在一定的不適應(yīng)性，阻礙了3kV變頻器的運(yùn)行環(huán)境的改進(jìn)。

2.3? 導(dǎo)致超高壓變頻器事故的環(huán)境因素多樣

我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)非常完善，在很多高能耗的企業(yè)需要單獨(dú)使用高壓變頻器，其中3kV變頻器應(yīng)用在海邊火力發(fā)電廠，其工作環(huán)境惡劣，并不能保證3kV變頻器應(yīng)用環(huán)境的恒定，沿?；鹆Πl(fā)電廠使用的3kV變頻器應(yīng)用環(huán)境，晝夜溫差大、高粉塵、高腐蝕性，沿海地區(qū)濕度、鹽度大，惡劣的使用環(huán)境嚴(yán)重影響了火力發(fā)電廠3kV變頻器的運(yùn)行的穩(wěn)定性。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，重工業(yè)企業(yè)由于變頻器事故導(dǎo)致斷電，造成的經(jīng)濟(jì)損失不斷的加劇，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。我國(guó)在超高壓變頻器的特殊環(huán)境應(yīng)用以及野外應(yīng)用環(huán)境方向的研究，投入很大，運(yùn)行環(huán)境是當(dāng)前額待解決的重要問(wèn)題。

2.4? 高壓變頻器對(duì)運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)狀態(tài)

高壓變頻器在工作中會(huì)有能量的消耗，通過(guò)熱量的方式散失，應(yīng)用環(huán)境的不同對(duì)能量的損耗有一定的影響，一般產(chǎn)生3%～4%的熱量損耗，3kV變頻器的干式變的冷卻方式多為橫流風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)相結(jié)合的冷卻方式，在風(fēng)機(jī)的作用下將外部的粉塵吸附進(jìn)變壓器，使變壓器的環(huán)境變得惡劣，在當(dāng)前的3kV變頻器工作不穩(wěn)定的原因主要是由于工作環(huán)境變化導(dǎo)致的電路板中電阻、電容的特性變差，由于變壓器的工作環(huán)境具有多樣性，而變壓器生產(chǎn)制造具有通用性，不具有特殊工作環(huán)境的針對(duì)性，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致故障。在當(dāng)前的3kV變頻器的功能設(shè)計(jì)中，缺少溫度穩(wěn)定系統(tǒng)，對(duì)于一些對(duì)溫度高敏感性的電氣元件，溫度的影響性越大。嚴(yán)

2.5? 3kV變頻器應(yīng)用特設(shè)環(huán)境

隨著我國(guó)對(duì)能源開(kāi)發(fā)方向的轉(zhuǎn)變，逐漸的降低煤炭的使用量，因此逐漸從大陸能源開(kāi)發(fā)向海上能源開(kāi)發(fā)，當(dāng)前海上作業(yè)平臺(tái)等需要一體化的高壓變頻器，一般采用整體撬裝運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為“撬體結(jié)構(gòu)”，以適應(yīng)特殊的工作平臺(tái)和安全條件。像沿?；鹆Πl(fā)電廠高壓變頻器的應(yīng)用需要解決防爆、防腐、防潮、防鹽霧、防高溫暴曬、超低溫運(yùn)行等作業(yè)環(huán)境，對(duì)3kV變頻器的整體性提出了較高的要求。

3? 當(dāng)前3kV變頻器設(shè)備分析

3.1? 3kV變頻器設(shè)備的工藝流程與裝配模塊化

首先，當(dāng)前超大型的變頻器一般采用現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工藝流程的模塊化，因此在3kV變頻器設(shè)備的安裝中會(huì)出現(xiàn)與使用環(huán)境和使用空間不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，另外安裝精度不能有效保障，工作效率低下，在后期運(yùn)行中不能有效發(fā)揮3kV變頻器設(shè)備的電力配置作用，系統(tǒng)運(yùn)行不夠穩(wěn)定。其次保證3kV變頻器設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量，保證在出廠前進(jìn)行安裝運(yùn)行環(huán)境的有效測(cè)試或者虛擬現(xiàn)實(shí)模擬測(cè)試，從應(yīng)用環(huán)境層面進(jìn)行層面保障更加可控由于設(shè)備出廠前組裝、調(diào)試完畢后，即被固化下來(lái)。

3.2? 整體設(shè)計(jì)、調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)的一體化

3kV變頻器的使用一般需要特定的廠房，并對(duì)其進(jìn)行封閉性處理，但是由于安裝空間已經(jīng)裝配空間需求限制，基建項(xiàng)目周期很難控制，因此基于3kV變頻器的模塊化設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品的主要零部件的安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完成，根據(jù)由于采用產(chǎn)品生產(chǎn)將現(xiàn)場(chǎng)的安裝和空間需求在產(chǎn)品制造過(guò)程中解決，因此，節(jié)省了后期大量的基建工程項(xiàng)目，有效解決3kV變頻器安裝中基建投入大、安裝精度不高的問(wèn)題。

3.3? 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力

當(dāng)母線上電動(dòng)機(jī)成組自起動(dòng)、當(dāng)母線上最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)組起動(dòng)時(shí)對(duì)變頻器運(yùn)行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動(dòng)范圍參數(shù)有關(guān)。球團(tuán)變頻器設(shè)計(jì)中隊(duì)電網(wǎng)電壓適應(yīng)范圍為：65%～115%，當(dāng)電網(wǎng)瞬時(shí)停電或有大型用電設(shè)備成組運(yùn)行時(shí)母線電壓跌落至65%以下導(dǎo)致變頻器停機(jī)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)當(dāng)母線電壓恢復(fù)正常后，變頻器能自動(dòng)搜索電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊再啟動(dòng)，可設(shè)定的高壓掉電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30s。

3.4? 對(duì)自身小故障的承受能力

高壓變頻器具有單元旁路功能，即某個(gè)功率單元出故障時(shí)該單元應(yīng)能夠自動(dòng)退出，整個(gè)系統(tǒng)可持續(xù)帶故障運(yùn)行，這實(shí)際是一種冗余設(shè)計(jì)技術(shù)。此時(shí)應(yīng)注意單元旁路后對(duì)變頻器帶載能力的影響，主要考慮變頻裝置每相功率單元個(gè)數(shù)、控制系統(tǒng)的電壓補(bǔ)償。單元串聯(lián)越多，故障概率越大，單個(gè)單元故障對(duì)輸出能力的影響越小，二者應(yīng)折中取舍。

4? 可行性應(yīng)用分析

基于3kV變頻器應(yīng)用技術(shù)方案采用“戶外箱式變頻器”。戶外箱式變頻器結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)成功，解決了高壓變頻器應(yīng)用過(guò)程中的投資成本，提高了系統(tǒng)的適配能力。戶外箱式變頻器的出現(xiàn)，解決了變頻器到現(xiàn)場(chǎng)需要安裝再調(diào)試的問(wèn)題。目前，通常高壓變頻器都要進(jìn)行分體運(yùn)輸，到現(xiàn)場(chǎng)就位后再進(jìn)行設(shè)備組裝、接線調(diào)試。這與設(shè)備在生產(chǎn)中進(jìn)行整機(jī)組裝測(cè)試，通過(guò)多個(gè)獨(dú)立部門進(jìn)行實(shí)施和工序控制，最后通過(guò)品質(zhì)部進(jìn)行檢驗(yàn)出廠的流程控制而言具有不確定性。

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