丰泰发电引风机电机变频改造项目设计方案.docx
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丰泰发电引风机电机变频改造项目设计方案
内蒙古丰泰发电
引风机电机变频改造项目设计方案
北京天福力高科技发展中心
2007年3月
概述
利用变频器驱动异步电机所构成的调速系统，对于节能越来越发挥着巨大的作用，利用变频器实现调速运行，是变频器应用的最重要的一个领域，尤其是风机、水泵等机械运行的节能效果最为明显。
由于变频器可以方便的实现软起动，因而可以有效地减少电动机启停时对电网的冲击，改善电源容量裕度。
系统改造方案
对于内蒙古丰泰发电有限公司引风机电机变频装置，北京天福力高科技中心根据招标书要求提供西门子罗宾康品牌完美无谐波系列（Perfect_Harmony）高压变频器。
该系列变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。
该变频器具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，包括国产电机。
主回路方案
如图一：
K1、K2、K3组成旁路刀闸柜；K2与K3互锁，K2闭合，K3断开，电机变频运行；K2断开，K3闭合，电机工频运行。
变频器运行方案
变频器正常工况
此时，变频器满足运行条件，可以变频运行电机，操作如下：
Ø断开旁路柜的旁路刀闸K3；
Ø闭合变频器进线刀闸K1与出线刀闸K2；
Ø闭合6KV高压开关；
Ø启动变频器，此时变频器输出0～50Hz、0～6000V可调的电压，实现变频驱动电机以达到调节风量的目的。
图一主回路方案图
变频器异常工况
此时，变频器不满足运行条件，为确保系统持续运行，应工频运行电机。
操作如下：
Ø断开变频器进线刀闸K1与出线刀闸K3（使变频器退出系统）；
Ø闭合旁路柜的旁路刀闸K2；
Ø闭合6KV高压开关；
Ø此时6KV电网直接驱动电机，电机工频运行。
变频器基本性能简介
Ø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，输出相电压至少为13电平，线电压至少为25电平；
Ø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。
；
Ø36脉冲整流输入符合并优于IEEE519～1992及GB/T14519～93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；
Ø在20～100%的负载变化情况内达到或超过0.95的功率因数（无需功率因数补偿装置）
Ø无需滤波器变频器就可输出正弦输出电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通异步电机，电机不必降额使用。
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；
Ø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%。
可避免风机喘振现象。
变频器有共振点频率跳跃功能；
Ø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；
Ø变频器可在输出不带电机的情况下进行空载调试，也可在没有6KV高压情况下用低压电进行空载调试；
Ø控制采用无速度传感器矢量控制，起动转矩可达150%；
Ø变频器对电网电压波动有极强的适应能力，电压下降45%仍可降额运行；
Ø变频器效率为98.5%；
Ø控制系统采用全数字微机控制，有自诊断功能；
Ø电机参数自动检测、控制系统参数自动优化；
Ø变频器功率单元和主控系统通讯采用光纤连接，具有很高的通信速率和抗干扰能力，安全性好；
Ø带中心点漂移的功率单元旁路技术（选件），当一个单元出现故障时，仍能保证正常输出能力，不会影响系统运行；
Ø控制系统具有在线检测变频器输入电压、电流、输入有功功率、无功功率、输入功率因素、累计用电量、输出电压、电流、功率、频率、电机转速等；
Ø频率精度：
0.5%（所有因素下）；
Ø过载能力为120%，1min，满足泵类和风机类负荷要求；
Ø调速范围：
0-100%连续可调；
Ø加/减速时间0.1-3600秒（根据负载情况可设定）；
Ø输出频率0-120HZ（根据电机情况可设定）；
Ø环境温度为-15～+40C，95%相对湿度，海拔1000米以下；
Ø变频器抗地震能力为7级，振动0.5G；
Ø临界速度可跳过（共3组，可任意设定）；
Ø用户可调的数字表，可显示速度，电流，电压，功率，用电度数等；
变频器控制接口（可按用户要求扩展）
Ø2路4～20mA或0～10V模拟量输入；
Ø4路4～20mA模拟量输出或0～10V用以输出电机电压，电流和频率等指示信号（可程序修改）；
Ø5点开关量无源输入：
自动起动/停止，手动起动/停止，紧停，复位等；
Ø7点开关量无源输出：
变频器就绪，运行，故障等（容量220VAC/5A）；
Ø变频器带有MODBUS485通讯接口和以太网接口，可以将功率因素、输出频率、输出电压等参数通过通讯接口传送至PLC或DCS；
变频器结构
Ø变频器的功率单元为模块化设计，可以从机架上抽出，移动和更换，所有单元可以互换，更换单元不须专用工具，更换一个单元的时间一般小于10分钟；
Ø逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件，保证良好的输出波形；
Ø输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响；
Ø整个变频系统采用空冷；
Ø变频系统正面开门，可靠墙布置；
变频器的保护
Ø变频装置有过电压，过电流，欠电压，缺相，变频器过载，变频器过热，电机过载，输出接地，输出短路等保护功能；
Ø变频装置有隔离变压器的各种保护；
Ø变频器带转速跟踪再起动功能；
施工方案
变频器的安放
由于风机房内空间开扩，环境相对较好，为了减少投资，经过现场勘察，在不妨碍风机电机的检修空间的情况下，将变频器安放在风机房内的风机旁边为最佳方案，无需单独建设变频器室，变频器摆放的位置参见图二。
变频器可以放置在预先做好的基础上，基础应预留电缆沟（参见图三）或预埋电缆管，柜体基础应平整，基础结构可以选用100×48×5.3规格（腰高100mm，宽48mm，厚5.3mm）的槽钢焊接成一个整体（柜体基础结构见图四），将基础型钢预埋在基础里，其顶部平面可与地坪面相平或稍高一点，基础型钢应可靠接地，柜体应安装或点焊接在基础型钢上，保证基础钢和变频器柜体可靠连接。
图二变频器在风机房内的安放位置示意图
Ø变频器结构参数：
1）、1800KW变频器柜体尺寸为4877×1219×2915（宽*深*高，mm），参见图一（单位：
英寸/[毫米]）；
2）、1800KW变频器柜体总重量约为5500kg；
a前视图
b顶视图
图三1800KW变频器外形图
图四1800KW变频器基础示意图
变频器进线方式
由于罗宾康高压变频器的动力和控制电缆的开口都在变压器柜的前顶部或底部，因此变频器可靠墙安装以节省空间，如果电缆从底部进入，则应在座基下预留电缆沟。
图五是一种可行的安装实例。
也可根据现场实际情况，在变频器柜底部预埋电缆保护管，施工完成后，将地面回复原貌，可以大大节省工作量，加快施工进度。
图五电缆从底部进入时的安装实例
暖通设计方案
为了解决变频器通风散热，一般情况下建议变频器加装通风散热风道或加装空调，但在丰泰1＃、2＃机组风机房内，空间开扩，通风情况较好，可以不用加装空调。
如果在夏天室内温度过高，可以加装通风散热风道。
变频器变压器柜和功率单元柜顶上各有风机，该风机运输过程中和变频器柜是分开运输的，变频器安装就位以后再把风机装上即可。
如果要在风机上加装风机罩将变频器风机抽出的热风排到室外去，对该风机罩的设计要求如下：
Ø要求不因风机加装风机罩而使风机通风量减少；
Ø变压器柜顶风机和功率单元柜顶风机必须分别加装风罩,不能合二为一；
Ø风机罩在扣到风机上以后，风机罩四周与风机四周的距离都不得小于3公分；
Ø如果高压进线和控制电源进线从柜顶进入,则风机罩不能将这些线覆盖；
Ø风道出口应向下倾斜（防雨）；
Ø风道出口应加铁丝网（防鼠）。
变频器内部安装接线及端子排出线图
变频器内部的电气接线
1、高压输入、输出接线参见图六；
2、低压部分端子排出线参见图七；
图六变频器系统示意图
图七端子排出线图
注：
图七接口数目及定义仅供相关设计参考，实际接口及接线以正式图纸为准。
变频器进机组DCS信号（供参考）
TB2端子
标号
变频器类型
机组DCS
功能
说明
3-4
REMOTE
START
DI
DO
远方
起动
用户提供干节点（常开），容量24Vdc/1A；
端子4为变频器提供的电源线。
5-6
REMOTE
STOP
DI
DO
远方
停止
用户提供干节点（常闭），容量24Vdc/1A；
端子6为变频器提供的电源线。
7-8
REMOTE
RESET
DI
DO
远方
复位
用户提供干节点（常开），容量24Vdc/1A；
端子8为变频器提供的电源线。
9-10
REMOTE
E_STOP
DI
DO
现场
急停
用户提供干节点（常开），容量24Vdc/1A；
端子10为变频器提供的电源线。
33-34
AUTO/
HAND
DI
DO
远方自动/手动
用户提供干节点（常开），容量24Vdc/1A；
端子34为变频器提供的电源线。
11-12
VFD
FAULT
DO
DI
变频器
故障
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
13-14
VFD
ALARM
DO
DI
变频器
报警
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
15-16
VFD
READY
DO
DI
变频器
就绪
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
17-18
SPARE
DO
DI
备用
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
19-20
VFD
RUNNING
DO
DI
变频器
运行
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
21-22
VFD
STOP
DO
DI
变频器
停止
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
23-24
SPARE
DI
DI
备用
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
25-26
SPARE
DI
DI
备用
变频器提供干节点输出（常开）；
容量220Vac/5A。
44-45
-46
TRIP
INPUTMV
DO
DI
跳用户高压开关
变频器提供干节点输出（1常开/1常闭）；
容量220Vdc/5A。
TB2ELV端子
标号
类型
功能
说明
53-54-55
4-20mA
MOTORPOWER
AO
AI
电机
输出功率
用户采用屏蔽双绞线，其中端子55为屏蔽接地点
56-57-58
4-20mA
MOTORVOLTAGE
AO
AI
电机
转速
用户采用屏蔽双绞线，其中端子58为屏蔽接地点
59-60-61
4-20mA
MOTORSPEED
AO
AI
电机
转速
用户采用屏蔽双绞线，其中端子61为屏蔽接地点
62-63-64
4-20mA
SPARE
AO
AI
备用
用户采用屏蔽双绞线，其中端子64为屏蔽接地点
65-66-67
4-20mA
ROMOTESPEED
DEMAND
AI
AO
电机
转速给定
用户采用屏蔽双绞线，其中端子67为屏蔽接地点
68-6
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