非典型變頻器一拖二電機三電源系統(tǒng)設(shè)計分析和優(yōu)化

曹升來

（山東魯電調(diào)試運行技術(shù)有限公司）

非典型變頻器一拖二電機三電源系統(tǒng)設(shè)計分析和優(yōu)化

曹升來

（山東魯電調(diào)試運行技術(shù)有限公司）

通過分析某電廠設(shè)計的非典型變頻器一拖二電機三電源系統(tǒng)的運行方式，結(jié)合設(shè)備布置位置及實際運行方式，分析出設(shè)計存在的缺陷和安全隱患，并提出設(shè)計和運行優(yōu)化建議，提高了系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。

一拖二 ；變頻器；缺陷；設(shè)計優(yōu)化

0 引言

某電廠凝結(jié)水泵電機設(shè)計為變頻器一拖二電機三電源模式，如圖1所示。圖中虛線框中的變頻器柜包含變頻器功率單元、隔離刀閘QS21、QS22及變頻接觸器KM21、KM22等設(shè)備，布置在0m層變頻器室；圖中QF1和QF3分別是水泵A和B的工頻電源開關(guān)，QF2是變頻器電源開關(guān)，QF1-1、QF2-1、QF3-1接地刀是集成在各自開關(guān)柜內(nèi)的機械地刀；這三個開關(guān)都布置在7m層中壓開關(guān)室。正常運行方式下一個泵在變頻運行，另一個泵工頻備用。當(dāng)變頻運行的泵有故障或變頻器有故障時自動切換至另一泵工頻運行。這種電源設(shè)計使得凝結(jié)水系統(tǒng)運行的可靠性提高，而且運行方式也比較靈活。工頻電源開關(guān)柜內(nèi)設(shè)計有電動機差動保護,但沒有差動保護投退的硬壓板。設(shè)計的開關(guān)、刀閘、接觸器之間的閉鎖邏輯有以下5項：QS21、QS22機械互鎖；QF1、KM21電氣合閘回路互鎖；QF3、KM22電氣合閘回路互鎖；QF2閉鎖QS21、QS22操作電磁鎖；變頻器準(zhǔn)備就緒信號閉鎖QF2合閘。

這種電源設(shè)計方式在工程應(yīng)用中不是太常見，QF1和QF3實際起到旁路接觸器的功能，與典型變頻器一拖二電源系統(tǒng)設(shè)計的旁路接觸器集成在變頻器柜內(nèi)不同。下面從圖1結(jié)合設(shè)備布置位置及實際運行方式，分析這種非典型變頻器一拖二電機三電源系統(tǒng)設(shè)計存在的缺陷，并提出設(shè)計優(yōu)化和運行優(yōu)化建議。

圖1 非典型變壓器一拖二系統(tǒng)電氣一次示意圖

1 設(shè)計缺陷分析和優(yōu)化建議

缺陷一，非常規(guī)帶電造成安全隱患。電機M1變頻運行時QF2運行，QF3熱備用；此時QF1處于熱備用還是冷備用還是檢修位從設(shè)計上看不明顯，容易造成混淆。仔細分析圖1，M1變頻運行時這時QF1下口帶電，圖1中AB這段電纜帶有高壓電，電源為變頻器的輸出倒送至AB電纜及QF1下口的。因此QF1不能處于檢修及試驗位（這兩種狀態(tài)下一般要求合上地刀QF1-1，會造成帶電設(shè)備電纜AB接地）。電纜AB屬于工頻電源電纜，此時應(yīng)該是非工作電纜，變頻運行倒送電至電纜AB擴大了帶電范圍，這種非常規(guī)帶電降低了一次運行回路的絕緣等級，擴大了事故的幾率；且QF1上下口均帶電，QF1不帶有非同期閉鎖功能，若此時誤合QF1將造成非同期合閘，因此這種電源方式容易造成誤操作事故，安全性降低，有很大的安全隱患。同理，當(dāng)電機M2變頻運行時，電纜CD及QF2下口同樣帶電。造成這種缺陷的原因是電纜AB和KM41下口之間缺少隔離。建議在電纜AB和KM41下口之間、電纜CD和KM42之間加裝隔離刀閘或者接觸器（如圖2）。當(dāng)M1變頻運行時，QS3刀閘合上，QF3熱備用，QS1刀閘打開隔離KM41的變頻輸出電壓，電纜AB及QF1下口不帶電，這樣就能解決電纜AB非常規(guī)帶電的問題及QF1不能檢修的問題，提高運行的可靠性、安全性。

圖2 加裝隔離刀閘的電氣一次示意圖

缺陷二，各設(shè)備布置比較分散且?guī)щ姺答伈唤∪自斐刹僮魇д`，同時電氣操作設(shè)備閉鎖存在缺陷，易造成誤操作失誤。QF1～3是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的中壓開關(guān)，開關(guān)柜內(nèi)自帶接地刀QF1-1、QF3-1，布置在中壓開關(guān)室，開關(guān)柜面板未設(shè)計變頻器運行狀態(tài)及接觸器KM41、KM42狀態(tài)的指示；變頻器布置在變頻器室，變頻器柜面板有設(shè)計QF2狀態(tài)指示及QF1和QF3的閉鎖，但未設(shè)計地刀QF1-1、QF3-1的狀態(tài)指示及閉鎖。地刀QF1-1、QF3-1的狀態(tài)也未送至遠方操作畫面。因此當(dāng)就地操作地刀QF1-1、QF3-1或變頻接觸器KM41時很容易忽略對側(cè)設(shè)備的位置狀態(tài)而造成操作事故。比如，就地或遠方合KM41時如果QF1-1地刀處于合位或造成KM41下口電纜接地。由缺陷一可知，電機M1變頻運行時，QF1下口帶電，QF1不能合閘，QF1-1地刀不能合閘，因此應(yīng)當(dāng)設(shè)置QF1與KM41的互鎖（已有此設(shè)計），以及QF1-1與KM41的互鎖或者兩個刀閘QF1-1與QS21的互鎖（此兩種閉鎖未設(shè)計），應(yīng)當(dāng)增加。由于地刀QF1-1機械操作機構(gòu)，且QF1-1不帶有電動閉鎖機構(gòu)只能實現(xiàn)機械閉鎖，因此，增加設(shè)計電氣閉鎖時，只能實現(xiàn)QF1-1閉鎖KM41合閘，不能實現(xiàn)KM41閉鎖QF1-1合閘；由于QS21、QF1-1布置在不同柜內(nèi)，兩個刀閘之間的機械閉鎖也無法實現(xiàn)。因此，KM41閉鎖QF1-1或者QS21閉鎖QF1-1從機械機構(gòu)閉鎖與電氣閉鎖兩種方式都無法實現(xiàn)，還是存在操作隱患；只能采取其他方式一定程度上規(guī)避這個風(fēng)險，比如可以在QF1-1地刀上加裝機械鎖，還可以從運行規(guī)程上規(guī)定此系統(tǒng)只要運行就禁止合QF1-1同時在QF1-1上懸掛禁止操作指示牌等。在編寫運行規(guī)程及操作票時，應(yīng)將工頻備用的開關(guān)及電纜視作運行設(shè)備，對操作設(shè)備如開關(guān)、刀閘、接觸器等的閉鎖關(guān)系編寫正確。

缺陷三，電機M1變頻運行時電機M1的工頻差動保護會誤動（差動保護安裝在QF1柜），同理電機M2變頻運行時電機M2工頻差動保護會誤動（QF3柜）。以電機M1工頻差動為例，開關(guān)電流互感器CT1和電機電流互感器CT11構(gòu)成電機M1工頻差動，變頻運行時，CT1無電流，但此時電機CT11有電流，因此差動保護有差流，差動保護會誤動作。應(yīng)該設(shè)置自動切換功能在變頻時自動退出差動保護，工頻時自動投入差動保護或者設(shè)置差動投入/退出壓板在變頻/工頻切換時手動投退差動保護。

優(yōu)化建議，QF1或QF3使用率不高，資金投入大，經(jīng)濟性差，建議少設(shè)置一個開關(guān)。由設(shè)計運行方式看出，要求正常運行時變頻運行，QF1和QF3兩個開關(guān)只有一個工頻備用，另一個必然閑置，使用率非常低，可以考慮減少一個開關(guān)QF3以便減少初始投資，提高經(jīng)濟性。如果考慮兩個電機都需要工頻熱備用的話，減少一個開關(guān)QF3的同時可以在QF1與M1、M2之間加裝一個單刀雙擲刀閘QS（見圖3），實現(xiàn)QF1開關(guān)帶M1或者M2工頻運行的功能。當(dāng)電機M1要變頻運行時，QS刀閘切至電機M2，QF1帶電機M2工頻熱備用；反之，當(dāng)電機M2要變頻運行時，刀閘切至電機M1，QF1帶電機M1工頻熱備用。這樣既減少了投資，又滿足變頻工頻切換運行的功能要求。

圖3 減少一個開關(guān)的電氣一次示意圖

2 結(jié)束語

圖1所示的非典型變頻器一拖二三電源系統(tǒng)，其自動旁路功能比較強大，既可以實現(xiàn)M1變頻至M2工頻的切換，也可以實現(xiàn)M1或M2單電機的變頻至工頻切換（此電廠設(shè)計未使用），運行方式非常靈活。但這種設(shè)計對電源的隔離、操作設(shè)備的互鎖、差動保護的投退等方面考慮不周，存在很大的安全隱患，需要盡快加以整改優(yōu)化。考慮到加裝隔離刀閘周期較長，在未整改之前運行時，建議設(shè)備維護人員、運行人員加強對此系統(tǒng)的認知度，掌握此系統(tǒng)的運行特點和缺陷所在；設(shè)計應(yīng)增加QF1-1（QF3-1）地刀閉鎖KM41（KM42）接觸器合閘的電氣回路；在QF1-1、QF3-1地刀上加裝機械鎖禁止操作接地刀，避免誤操作及事故的發(fā)生；編寫運行規(guī)程及操作票時注意操作順序及閉鎖關(guān)系以規(guī)避錯誤操作。

[1]周志敏，周紀(jì)海.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與維護[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]北京利德華福電氣技術(shù)有限公司，HARSVERT系列變頻調(diào)速系統(tǒng)選型手冊[EB]，2015.

2016-08-11）