淺談高壓變頻器的同步投切和“飛車”切換

牛火平

摘 要：針對6 kV電機在燃氣輪機電廠運行中的重要程度，研究了一拖二的高壓變頻器切換方式，采用同步投切和“飛車”切換的方法和步驟。相對于傳統切換方式，新的切換方式不僅簡單、方便、節電，而且能防止誤操作。

關鍵詞：變頻器；同步投切；“飛車”切換；誤操作

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.076

中海油珠海天然氣發電有限公司一期建有2套460 MW的M701F4雙軸聯合循環機組，每套機組包括1臺低NOx燃氣輪機、1臺燃機發電機、1臺蒸汽輪機、1臺汽機發電機和1臺無補燃三壓再熱型余熱鍋爐及其相關的輔助設備。

隨著低碳經濟和節能意識的深入，為了提高機組的運行效率，改善電機的運行性能，降低廠用電率，機組在招投標時，6 kV高壓給水泵、閉式水泵和凝結水泵選用施耐德生產的ATV1200系列的變頻器。該變頻器采用“一拖二”的運行方式，即2臺泵共用1個變頻器。定期切換制度是運行“兩票三制中”的一項重要制度。對于長期變頻運行的機組，特別是供熱機組，采用傳統的變頻器切換方式，2臺泵將分別啟動2次，不僅切換時間長，而且對6 kV電機的損傷大，還可能發生誤操作。同步投切和“飛車”啟動在變頻器的啟動中已有應用，但是，2種方式在變頻器的切換中基本未被采用。本文所述內容可以在一定程度上彌補變頻器切換的不足，它將在電廠運行中得到廣泛的應用。

1 變頻器的組成和電氣閉鎖

對于一拖二的變頻器，一般結構包括6 kV工頻和變頻共用開關QF1、QF2，變頻器進線接觸器KM41和KM51，變頻器出線接觸器KM42和KM52，工頻接觸器KM43和KM53，電

抗器和電抗器旁路接觸器QF0，如圖1所示。

泵運行時，有工頻運行、變頻運行和工頻備用3種狀態，圖1以A泵工頻或變頻運行，B泵工頻備用為例，其中，QF1為A泵6 kV開關，QF2為B泵6 kV開關。具體情況如下：①A泵工頻運行，KM43在合位，QF1在合位，KM41和KM42在分位；②A泵變頻運行，KM41、KM42和QF1在合位，KM43

在分位；③B泵工頻備用，KM51、KM52和QF2在分位，KM53在合位。

為了避免變頻器開關、接觸器之間誤操作，變頻器設置了電氣閉鎖，主要有以下3種：①KM41（KM51）和KM43（KM53）閉鎖。高壓給水泵變頻切換采用同步投切為工頻，當KM41（KM51）在合閘位時，KM43（KM53）可以合閘，但是，當KM43（KM53）在合閘位時，KM41（KM51）不能合閘。凝結水泵和閉式水泵變頻切換采用“飛車”切換的方式，當KM41（KM51）在合閘位時，KM43（KM53）不能合閘，同理，當KM43（KM53）在合閘位時，KM41（KM51）不能合閘。②KM41和KM51閉鎖。當KM41在合閘位時，KM51不能合閘，保證只有一臺變頻器運行。③KM41（KM51）和KM42（KM52）閉鎖。KM42（KM52）只有在QF1和KM41（KM51）在合閘位置，變頻器帶電處于待機狀態下，才允許合KM42（KM52）。這樣做主要是防止在切泵的過程中電機的殘壓對變頻器反送電。

2 同步投切

變頻器同步投切是指變頻器變頻與工頻之間無擾的切換方式，利用鎖頻鎖相技術，使變頻器輸出電壓的頻率、幅值和相位與工頻電壓的頻率、幅值和相位保持一致，讓負載從變頻平穩切換到工頻，防止因變頻器輸出電壓與工頻電壓之間存在相位差而產生沖擊電流，損壞設備，要在工作中真正實現不停電切換。

同步投切的關鍵技術是變頻器中含有1臺電抗器和1臺真空接觸器，當進行同步切換時，需將電抗器接入運行，電抗器起到抑制涌流的作用，使電流不會突變。同步投切包括變頻投工頻和工頻投變頻2種。

變頻投工頻是指原先負載處于變頻運行方式，變頻器收到同步投切指令后，將變頻器的頻率升至工頻，變頻器輸出通過電抗器后鎖定工頻的電壓、幅值和相位，然后將工頻輸出開關合閘，變頻器和工頻并列運行向負載供電，再將負載從變頻器轉移至工頻運行后，斷開負載的變頻開關，負載完全工頻運行。

工頻投變頻是指原先負載處于工頻運行方式，變頻器收到同步投切指令后，將變頻器的頻率升至工頻后，鎖定電網電壓、幅值和相位，然后將變頻器輸出通過電抗器與工頻并列運行向負載供電，再將負載從工頻轉移至變頻運行，斷開負載的工頻電源，使負載完全變頻運行。

某燃機電廠高壓給水泵主要供高壓汽包水位、燃機TCA冷卻水和高壓過熱器減溫水。在機組運行期間，任意一路發生故障，都會引起進組跳閘，所以，給水泵的切換必須采用無擾切換，以保障機組的安全運行。在同步投切時，可采用變頻投工頻的方式。下面，以A泵變頻器切換至B泵變頻器為例加以說明：①檢查電抗器刀閘QF0在分閘位；②將高壓汽包水位控制方式由變頻控制水位切換至給水調節閥控制水位；③將變頻運行A泵的頻率升至50 Hz，完成鎖頻鎖相功能，自動合KM43，A泵工頻和變頻共同運行；④自動停A泵變頻器，分KM42和KM41，A泵工頻運行；⑤B泵退出備用，自動分KM53；⑥變頻啟動B泵，自動合KM51，合QF2，合KM52，同時，變頻器頻率升至50 Hz；⑦停A泵工頻運行，自動分QF1和KM43。

3 “飛車”切換

高壓變頻器的“飛車”切換也叫轉速跟蹤啟動，是指當電機定子與工頻脫離時，電機定子“無源”，電機處于轉動狀態。但是，在轉速隨機不確定狀態下，可將高壓變頻器接入電機定子，使電機定子從“無源”到“有源”，電機定子的旋轉磁場從無到有，最后電機定子旋轉磁場拖到電子轉子進入正常驅動過程。簡單地講，當電機工頻運行，停止工頻運行電機，電機轉速將下降，電機變頻器啟動后捕捉電機轉子頻率，捕捉到電機轉子頻率后，變頻器再按捕捉到的轉子頻率作為輸出頻率將電機轉速升至額定轉速的過程。

“飛車”切換需要將變頻器的輸出電壓加在電機定子上時，大多數情況下，由于電動機的反動勢和變頻器的輸出電壓的相位和大小是不同步的，變頻器和電機承受的沖擊電壓一般為額定電壓的2～3倍。因此，消除沖擊電流，使電動機反動勢和變頻器輸出電壓同步是“飛車”切換的關鍵。施耐德變頻器利用電機的剩磁，通過矢量控制檢測確定當前轉子的轉速，以當前的轉速為基礎開始加速到額定轉速，從而實現無沖擊啟動。

某燃機電廠閉式水泵主要提供閉式冷卻水，其作用向燃機、汽機、余熱鍋爐和發電機的輔助設備提供冷卻水。在閉式水泵變頻器切換的過程中，可以采用“飛車”切換方式，短時中斷閉式水不會影響機組的安全運行。但是，在切換的過程中，需考慮閉式水壓力低可能引起運行泵跳閘的問題。例如，空壓機冷卻水流量低會引起空壓機跳閘，所以，在閉式水泵變頻切換前，空壓機的閉式水轉由臨機供，以保障閉式水泵變頻切換過程中機組的運行安全。

某燃機電廠凝結水泵正常運行時，主要給低壓汽包供水，低壓汽包容積很大，而低壓汽包低水位跳閘保護值設定很低。鑒于此，在凝結水泵變頻器切換的過程中，可以采用“飛車”切換方式，短時中斷凝結水，這樣就不會因為汽包水位低而導致機組跳閘。

“飛車”切換采用變頻—工頻—變頻的切換方式，以A泵變頻器切換至B泵變頻器為例加以說明：①將變頻運行A泵的頻率升至50 Hz；②自動合B泵QF2，B泵工頻運行；③停A泵變頻器運行，自動分QF1、KM42和KM41；④自動合KM43；⑤發出“A泵切B泵”指令后，自動合KM51，變頻器待機；⑥自動斷開KM53，合KM52，變頻器自動啟動。

4 結論

隨著自動控制技術的快速發展，高壓變頻器已成為降本增效的重要手段。為了提高公司的經濟效益，變頻器在電廠的應用越來越廣泛，但是，傳統變頻器切換方式對6 kV電機的損傷比較大，而且切換復雜。根據電機在運行中的重要程度，采用同步投切和“飛車”切換的方式，整個切換過程便于操作、安全可靠、節省時間，將被廣泛運用于電廠。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕