560kw 10kv西门子高压变频技术文件.docx
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560kw10kv西门子高压变频技术文件
1、技术规范3
2、设备供货范围及生产周期3
3．设备配套元器件、主材及设备选用说明3
4.设备安装、调试方案3
5、设备技术资料3
附件1西门子罗宾康高压变频器相关设计资料3
附件2、罗宾康高压变频器国内部分用户名单3
1、技术规范
西门子完美无谐波高压变频器的主要特点
●全球高压变频知名品牌，可靠性极高，超过十年的安全运行经验，适合矿山行业应用
●性能优异，输入和输出谐波极少（36脉冲整流、13电平逆变）
●内部变压器为干式，绝缘等级为H级，高于普通的F级，可靠性高，维护简单
●适应电网波动要求，电网电压可下降至55%，变频器仍能继续工作而不跳机
●电压源型高压变频器、几乎在整个速度段输入功率因素大于0.95
●体积（包括变压器在内）最小，土建成本降低
●高-高结构，直接输出10KV高压
●变频器效率高，高于98.5%
●防护等级高IP31，高于普通的IP20，对用户的环境要求低
●环境湿度可达95%
●西门子在上海有服务中心和备件中心，24小时响应用户
●西门子完美无谐波高压变频产品业绩最多，国内矿山行业应用业绩最多，国内最大业绩9500KW，国外最大业绩60000KW。
罗宾康完美无谐波高压变频器原理
完美无谐波高压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。
高压变频器的系统图如下：
功率单元结构：
10KV电网电压经过副边多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入、单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。
以6KV输出电压等级为例，每相由6个额定电压为630V的功率单元串联而成，输出相电压达3780V，线电压达6.6KV，每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。
二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的。
对于6KV电压等级变频而言，就是36脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波。
由于输入电流谐波失真很低，变频器输入的综合因数可达到0.95以上。
下图为该变频器的输入电压、电流。
变频器输入线电压及相电流波形
逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，6KV输出相当于13电平，输出电压非常接近正弦波，dv/dt很小。
电平数的增加有利于改善输出波形，由谐波引起的电机发热，噪音和转矩脉动都大大降低，所以这种变频器对电机没有特殊要求，可直接用于普通异步电机，不需要输出滤波器。
下图为变频器输出电压电流波形。
电机线电压及相电流波形图
与采用高压器件直接串联的变频器相比，由于不是采用传统的器件串联的方式来实现高压输出，而是采用整个功率单元串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，可直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。
功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。
功率单元采用模块化结构，同一变频器内的所有功率单元可以互换，维修也非常方便。
这一系列变频目前正在全世界得到广泛应用。
罗宾康高压变频器主回路及系统组成
对于煤矿风井机高压变频器，防爆集团有限公司根据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。
由西门子罗宾康高压变频器构成的上述变频调速系统完全满足正常起动（变频器加速时间在0.1s~3600s可调，启动电流限制在额定转速范围之内，完全实现电机软启）、正常停机（电机在变频器控制下受控停机，即实现所谓的软停车）、紧急停机（变频器在故障情况下，变频器可以紧急停机并联联跳高压侧开关，以实现对相关设备的保护功能）。
变频设备基本部件
●36脉冲二极管整流，13电平IGBT/PWM逆变
●一体式输入干式隔离变压器，内部含测温元件
●保护等级IP31，整个变频系统采用空冷
●高压柜门保护连锁
●控制UPS
●带工业以太网和MODBUS485通讯接口
变频器满足下列标准:
IEC76PowerTransformer;
IEC529ProtectionClassesofCases（IPcode）;
IEC1131/111PLCCorrelativenorms;
IEC68Correlativetests;
IEC68-2-6抗振动标准
IEC68-2-27抗冲击标准
IEC1175Designofsignalsandconnections;
IEC801Electro-magneticradiationandanti-surge-interference;
IEC870Communicationprotocol;
IEC1000-4-2EMC抗干扰标准
IEC1000-4-3EMC抗干扰标准
IEC1000-4-4EMC抗干扰标准
IEC1000-4-5EMC抗干扰标准
IEC1800-3EMC传导及辐射干扰标准
EN50082-2工业环境的一般标准
IEEE519电气和电子工程师学会
89/336ECCE标志
NFPA70StateElectricalApplianceCode;
NFPA77Recommendedanti-electrostaticmethods;
NFPA78Specificationstoprotectfromthunder;
NFPA496StandardofElectricEquipmentChargeandPositivePressureCaseBodyinDangerArea;
OCMANWGIREV2NoiseLevelNorms;
ISO/IEC11801Internationalelectricalwiring;
NEMAAmericanNationalElectricalManufacturerAssociation;
GB12326电能质量电压允许波动和闪变
GB/T14549电能质量公用电网谐波
GB1094.1~1094.5电力变压器
GB6450干式变压器
GB/T10228干式电力变压器技术参数和要求
GB17211干式电力变压器负载导则
GB311.1高压输变电设备的绝缘配合
DL/T620交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
GB/T3859.1半导体变流器基本要求的规定
GB/T3859.2半导体变流器应用导则
GB/T3859.3半导体变流器变压器和电抗器
变频器基本性能
●变频器为高-高结构，10KV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
●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
●36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
●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）
●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
●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
●为系统配置双路电源切换功能，使得系统在一路控制电源出现故障的情况下，另外一路控制电源自动投入运行，进一步保障控制系统安全运行。
●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
●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
●控制采用无速度传感器矢量控制，起动转矩可达150%
●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
●变频器效率为98.5%
●控制系统采用全数字微机控制，有自诊断功能
●电机参数自动检测、控制系统参数自动优化
●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
●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
●频率精度：
±0.5%（所有因素下）
●过载能力为120%，1min，满足泵类和风机类负荷要求
●调速范围：
0-100%连续可调
●加/减速时间0.1-3600秒（根据负载情况可设定）
●输出频率0-120HZ（根据电机情况可设定）
●环境温度为-15～+40°C，95%相对湿度，海拔1000米以下
●变频器抗地震能力为7级，振动0.5G
●临界速度可跳过（共3组，可任意设定）
●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）
●2路4～20mA或0～10V模拟量输入
●4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）
●7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
●7点开关量无源输出：
变频器就绪，运行，故障等（容量220VAC/1A）
●1点开关量无源输出：
容量220VDC/5A
●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
结构
●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。
●逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件，保证良好的输出波形
●输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响
●整个变频系统采用空冷
●变频系统正面开门，可靠墙布置
保护
●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
●变频装置有隔离变压器的各种保护
●变频器带转速跟踪再起动功能
2、设备供货范围及生产周期
2.1.供货范围
2.1.1设备供货清单（表一）
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
制造厂
备注
变频装置
1
完美无谐波高压变频器560KW/10KV（含1000KVA干式变压器
）
PH-10-10-560
台
4
西门子（上海）电气传动设备有限公司
2.2交货进度（表二）
序号
设备/部件
名称、型号
发运地点
高压变频调速装置
数量
交货时间
重量
1
完美无谐波高压变频器560KW/10KV
上海
1
合同签订后4个月
3．设备配套元器件、主材及设备选用说明
3.1变压器外形图及厂家技术资料
变压器外形图：
变压器结构图
注：
（1）上图为变压器本体参考图
（2）变压器放置于变压器柜内，柜体外形参见附件7图一，尺寸见变压器技术数据表
罗宾康在国内指定的变压器配套厂家，根据罗宾康高压变频器的应用要求，采用美国UL认可的NOMEX绝缘系统生产的三相干式变压器，具有安全、可靠、节能、防火、防爆、维护简单等优点。
其设计先进、结构合理、外形美观，主要性能指标均优于国内标准。
采用杜邦NOMEX技术的干式变压器具有以下特点：
●体积小、重量轻、效率高
变压器及系统体积小、重量轻、效率高、搬运方便。
●运行可靠、维护量小
抗短路强度于抗雷电冲击的能力优于油浸式变压器，可靠性大大提高。
●优越的防火、防灾性能
变压器阻燃性好，系统具有很好的防火、防灾性能。
●优良的环保性能
变压器的防潮、防水性能好，能耐受各种气候的变化，不会产生有毒气体，对环境无任
何污染。
●低噪音
变压器的电磁噪声大大降低
●过载能力强
变压器的过载能力增强，提高了设备利用率。
罗宾康完美无谐波系列10kv高压变频器内置采用杜邦NOMEX技术的36脉冲干式三相隔离变压器，内置变压器具有一个星形初级绕组和多个轴向延边三角形二次绕组。
变压器输入电压范围宽，可以从2.4kV到13.8kV；且具有保护电机不受共模电压破坏和抑制输入侧谐波的功能。
罗宾康完美无谐波系列高压变频器内置变压器在出厂前均经过严格的测试，包括集成后的整体满载试验。
其测试标准均达到或超过ANSI/IEEEC57.1291标准。
下表为IEC－905（干式变压器的负载导则）中规定的B、F、H级绝缘的温度限值将高出F级干变25％，所以设计的电流密度可以取得较高，当用NOMEX纸作为绝缘材料时，不仅可以缩小变压器尺寸，还可提高变压器的过载能力。
绝缘系统的温度等级
绕组热电温度/℃
额定电流下绕组平均温升的限值K
额定值
最高允许值
130（B）
120
165
80
155（F）
145
190
120
180（H）
175
220
125
NOMEX纸是美国杜邦公司所开发并独家生产的一种专利产品，它是一种高性能绝缘材料，被广泛应用于电工、电子等领域，其主要的特点为：
●优越的电气性能。
NOMEX纸耐压强度高，工频击穿场强可达20kV～40kV/mm。
ε数值低，当干式变压器的绝缘材料采用NOMEX纸时，变压器内部的电场分布更加合理，从而可以紧缩其绝缘尺寸和整体尺寸。
另外，NOMEX纸的局部放电起始电压也较高，用它来制造的干式变压器可以达到较低的局部放电水平。
●耐热温度高。
NOMEX纸输入C级的绝缘材料，当温度高达200℃以上时，其电气性能与机械性能都十分稳定。
●牢固的机械性能。
NOMEX纸变形小，挠性好、耐撕裂、耐磨损。
因而，当NOMEX纸用于绝缘系统的不同部位时，都可以保持很好的机械性能。
●优良的的防潮及阻燃性能。
同时具有优良的环保性能。
由于上述NOMEX纸的种种优点，虽然其价格不菲，罗宾康仍然将它选为其完美无谐波系列高压变频器内置变压器的绝缘材料。
正是采用以上技术的高性能、高可靠性的干式变压器保证了罗宾康完美无谐波系列高压变频具有优异的性能及极高的可靠性。
3.2冷却风机选自德国EBM，冷却系统平均无故障时间大于变频器本身。
3.3完美无谐波高压变频器内主要部件和控制系统（含控制柜在内）均由美国罗宾康进口。
3.4控制UPS选用法国梅兰日兰品牌，可断电后维持控制系统30min.
4.设备安装、调试方案
4.1卖方工作范围
卖方将按招标文件所列要求，提供设备及服务，其工作范围包括但不限于以下范围：
●设计、制造、试验、检验、表面处理及油漆、包装、运输、现场调试、安装指导、培训（内容包括日常维护和检修等）及提供技术资料和其它技术服务等
●罗宾康对变频器设备进行系统设计，并提供设备选型和有关标准、样本，系统图和设备平面布置图、安装图，安装说明书、设备检修维护手册、运行手册或规程等资料
●罗宾康按招标文件提供的资料及数据应指出所提供的所有设备的保证性能、接口特点及结构特点等
●罗宾康提供完整的试验报告提供给买方。
●罗宾康将履行标准和规范要求的全部工厂试验，并确定在制造厂进行的设备和材料试验，买方代表有权在某项和所有试验时在场，试验时买方在场并不减少卖方应履行的任何责任
●设备到达现场后，买方通知罗宾康10天内赴现场共同开箱验货，若卖方在限定的时间内不派代表参加或无书面通知，则买方有权自行开箱使用，由此造成的后果将由卖方负责。
●买方将至少提前7天书面通知罗宾康派有经验的合格工程师进行现场安装指导和调试，并协助分析和解决施工中发生的问题
●罗宾康对买方人员进行必要的运行、检修、维护和调整的有关技术培训。
●在调试和试运行期间，由于罗宾康原因造成的设备和备件的损坏由罗宾康及时、免费的维修或调换，直至恢复原有功能和质量。
●罗宾康保证所供全套系统和设备在商业运行后12个月内，如因罗宾康质量原因发生的问题，由罗宾康负责及时且不发生费用的解决，直至恢复正常运行。
●罗宾康保证长期优惠提供所有备品备件，并有义务协助买方解决设备出现的各种技术问题。
●当罗宾康对变频调速系统及设备有技术改进或更新时，应及时将有关信息通报给买方。
4.2买方工作范围
●设备现场安装及所需的安装材料；
●负责土建基础施工；
●外部连接管道、支吊架材料等；
●设备的外部连接动力、控制电源、外部控制信号及导线；
●保温材料；
●现场保管。
4.3现场技术服务
卖方现场服务人员的目的是使所供设备安全、正常投运。
卖方派合格的现场服务人员。
服务人日数的现场服务计划表（格式）。
如果此人日数不能满足工程需要，卖方要追加人日数，且不发生费用.罗宾康国内工程师有着丰富的调试经验，可以为用户提供最好的服务。
如果用户设备有任何问题，我们会在24小时内响应。
罗宾康现场服务人员的目的是使所供设备安全、正常投运。
初步的安装调试计划如下。
序号
技术服务内容
计划人日数
派出人员构成
备注
职称
人数
1
开箱检验
1
中级
1
代理商
2
安装指导
1
中级
1
代理商
3
现场调试、试验及培训
5天/台
中级
2
罗宾康与代理商
5、设备技术资料
5.1概述
1.1卖方提供的资料使用国际单位制（SI），语言为中文。
1.2资料的组织结构清晰、逻辑性强。
资料内容要正确、准确、一致、清晰完整，满足买方对系统设计、安装、调试、试验、运行、维护等的需要。
如所供资料不能达到要求时，卖方免费给予补充。
1.3卖方资料的提交及时充分，满足工程进度要求。
变频器基础图纸提前50天提供给买方，便于土建提前施工。
1.4卖方提供的技术资料一般可分为投标阶段、配合工程设计阶段、施工安装调试阶段、性能验收试验和运行维护阶段等四个方面。
卖方满足以上四个方面的具体要求。
1.5对于其它没有列入合同技术资料清单，却是工程所必需的文件和资料，一经发现，卖方及时免费提供。
5.2技术资料及交货进度
序号
说明
时间
（合同签定后）
1
变频器中文手册（包括系统原理、技术规范、安装、调试、参数设置、故障检修和维护）
2周
2
设备配置、设备型号及主要技术数据表
2周
3
电源要求、接地要求、外形尺寸及布置要求
2周
4
电气接线图及设备表
2周
5
变频器输入、输出接口清单及说明
2周
6
变频器柜内部安装接线图及端子排出线图
2周
7
同业主的接口要求
按照业主要求定
8
供土建设计的资料
2周
9
供暖通设计的资料（散热量和散热风道要求）
2周
10
产品合格证书
交货时
11
出厂试验报告
交货时
12
包装尺寸图
包装后
13
最终图纸、参数
调试后1周
14
调试报告（包括调试内容、输入电压及电流的现场实测波形
输出电压及电流的现场实测波形、现场实测谐波分析、现场其它试验报告、节能计算、损耗的构成说明等内容）
调试后1周
注：
1、资料最终版均提供8套，包括电子CD版（至少2份）
2、其余业主要求的资料，罗宾康会尽量提供
附件1西门子罗宾康高压变频器相关设计资料
一、设备基础及安装要求
1、变频器柜体尺寸为3480
1092
2914（宽*深*高，mm），参见图一（单位：
毫米）。
设备运输时拆分为两部分，分别为柜体和顶部风扇。
其中，变压器柜顶部风扇高度为450mm，柜体高度为2464mm；单元柜顶部风扇高度为398mm，柜体高度为2516mm。
2、变频器柜体总重量约为3650kg。
3、柜体基础结构见图三，基础结构要焊接成一个整体。
4、基础应预留电缆沟（电缆沟位置和尺寸见图三）
5、柜体基础应平整
6、柜体应安装在干净、清洁、安全、干燥的房间
7、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
8、基础型钢应预埋在基础里，其顶部平面可与地坪面相平或稍高一点。
9、基础型钢应可靠接地
10、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。
前视图
顶视图
图一变频器外形图
二、变频器进线方式说明
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。
图四是一种可行的安装实例。
图二电缆从底部进入时的安装实例
图四电缆从底部进入时的安装实例
2.供暖通设计的资料
1、变频器的通风散热量要求：
变频器满负荷损耗约为7.5kW。
2、变频器的最小通风量要求为8800CFM（1CFM＝0.028m3/min）。
3、为了解决变频器通风散热，建议变频器加装通风散热风道或加装空调。
（1）加装通风散热风道说明
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：
∙要求不因风机加装风机罩而使风机通风量减少；
∙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；
∙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；
∙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；
∙风道出口应向下倾斜（防雨）；
∙风道出口应加铁丝网（防鼠）。
（2）加装空调说明
若变频器放置环境为封闭空间的情况下建议每台变频器加装15P制冷空调，若有风道排到室外的情况下建议每台变频器加装12P制冷空调。
3.设备配置
设备基本配置如下：
1、710KW完美无谐波变频器，10KVAC，3相，50Hz，AC输入，0~10KVAC输出二套。
西门子（上海）电气传动设备有限公司提供。
2、1000KVA空冷干式36脉冲隔离变压器二台。
西门子（上海）电气传动设备有限公司提供。
（套数和台数与购销合同和技术协议书一致）。
3、设备包装。
4、现场调试及现场培训（天数与协议一致）。
4.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、输出接线参见图五
2、低压部分端子排出
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