高壓變頻器應用環境的研究與分析

杜輝

摘? ? 要：隨著我國社會經濟的發展，國家對節能降耗提出了新的要求，高壓變頻器的技術日漸成熟和廣泛應用，使得高壓變頻器的應用廣度和深度都得到不斷地強化。因此，本文對3kV變頻器應用進行了簡單分析。

關鍵詞：3kV變頻器;應用環境

1? 引言

近些年來，電力電子技術及計算機控制技術發展迅速，涌現出了一些新型的器件，改善了原有系統的不足之處。我們平時所說的高壓變頻器，輸入的電源電壓一般都在3kV以上，屬于大功率變頻器。就目前的國內市場來看，電壓等級從3kV～10kV不等，種類也有高-低-高、低-高和高-高之分。對于傳統的高壓變頻器，主要包含可控硅整流、硅逆變等結構，存在許多不足之處，其產生的諧波將影響到電網和電機的正常使用。

2? 3kV變頻器的應用

2.1? 3kV高壓變頻器在應用安全性分析

依據高變頻器調節原理，其啟動頻率不高、轉速低以及電流小，在運行期間較為平穩等方面的優點，使得實現了“軟起動”目標，該目標的實現，有效避免了以往工頻起動過程中，大電流轉矩給電擊、電纜以及開關等帶來的沖擊，這在一定程度上有效延長了設備的應用壽命。受到產品使用環境、運行參數設置以及認為操作等方面因素的影響，高壓變頻器在應用期間會常常出現一些故障，這些故障降低了變頻器的應用效率，更加影響了其運行安全性。例如某年某發電廠在應用高壓變頻器期間，出現了幾次跳停故障，這導致鍋爐出現了滅火現象，導致發電機組被迫減少負荷。這不僅給公司的安全生產帶來了負面影響，同時也給公司的經濟帶來了極大的沖擊。

2.2? 環境改造建設空間具有局限性

首先是建設空間的局限性，空間位置具有局限性，為降低超高壓變頻器的基礎建設投資，以及提高改造效率，優化高壓變頻器的工作環境，一般對我國現有的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目很難實施。其次技術接口的不對稱，在現有的3kV變頻器中存在大量落后的技術，隨著技術的不斷發展，與當前技術接口存在一定的不適應性，阻礙了3kV變頻器的運行環境的改進。

2.3? 導致超高壓變頻器事故的環境因素多樣

我國國家電網建設已經非常完善，在很多高能耗的企業需要單獨使用高壓變頻器，其中3kV變頻器應用在海邊火力發電廠，其工作環境惡劣，并不能保證3kV變頻器應用環境的恒定，沿海火力發電廠使用的3kV變頻器應用環境，晝夜溫差大、高粉塵、高腐蝕性，沿海地區濕度、鹽度大，惡劣的使用環境嚴重影響了火力發電廠3kV變頻器的運行的穩定性。根據相關調查，重工業企業由于變頻器事故導致斷電，造成的經濟損失不斷的加劇，嚴重影響企業的正常生產。我國在超高壓變頻器的特殊環境應用以及野外應用環境方向的研究，投入很大，運行環境是當前額待解決的重要問題。

2.4? 高壓變頻器對運行環境適應狀態

高壓變頻器在工作中會有能量的消耗，通過熱量的方式散失，應用環境的不同對能量的損耗有一定的影響，一般產生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機和軸流風機相結合的冷卻方式，在風機的作用下將外部的粉塵吸附進變壓器，使變壓器的環境變得惡劣，在當前的3kV變頻器工作不穩定的原因主要是由于工作環境變化導致的電路板中電阻、電容的特性變差，由于變壓器的工作環境具有多樣性，而變壓器生產制造具有通用性，不具有特殊工作環境的針對性，嚴重時導致故障。在當前的3kV變頻器的功能設計中，缺少溫度穩定系統，對于一些對溫度高敏感性的電氣元件，溫度的影響性越大。嚴

2.5? 3kV變頻器應用特設環境

隨著我國對能源開發方向的轉變，逐漸的降低煤炭的使用量，因此逐漸從大陸能源開發向海上能源開發，當前海上作業平臺等需要一體化的高壓變頻器，一般采用整體撬裝運輸，結構設計為“撬體結構”，以適應特殊的工作平臺和安全條件。像沿海火力發電廠高壓變頻器的應用需要解決防爆、防腐、防潮、防鹽霧、防高溫暴曬、超低溫運行等作業環境，對3kV變頻器的整體性提出了較高的要求。

3? 當前3kV變頻器設備分析

3.1? 3kV變頻器設備的工藝流程與裝配模塊化

首先，當前超大型的變頻器一般采用現場裝配作業，并沒有實現工藝流程的模塊化，因此在3kV變頻器設備的安裝中會出現與使用環境和使用空間不協調的問題，另外安裝精度不能有效保障，工作效率低下，在后期運行中不能有效發揮3kV變頻器設備的電力配置作用，系統運行不夠穩定。其次保證3kV變頻器設備產品質量，保證在出廠前進行安裝運行環境的有效測試或者虛擬現實模擬測試，從應用環境層面進行層面保障更加可控由于設備出廠前組裝、調試完畢后，即被固化下來。

3.2? 整體設計、調試標準的一體化

3kV變頻器的使用一般需要特定的廠房，并對其進行封閉性處理，但是由于安裝空間已經裝配空間需求限制，基建項目周期很難控制，因此基于3kV變頻器的模塊化設計，將產品的主要零部件的安裝在生產現場完成，根據由于采用產品生產將現場的安裝和空間需求在產品制造過程中解決，因此，節省了后期大量的基建工程項目，有效解決3kV變頻器安裝中基建投入大、安裝精度不高的問題。

3.3? 對電網電壓波動的適應能力

當母線上電動機成組自起動、當母線上最大一臺電動機組起動時對變頻器運行的影響，這與變頻器允許的輸入電壓波動范圍參數有關。球團變頻器設計中隊電網電壓適應范圍為：65%～115%，當電網瞬時停電或有大型用電設備成組運行時母線電壓跌落至65%以下導致變頻器停機，在設定時間內當母線電壓恢復正常后，變頻器能自動搜索電機轉速，實現無沖擊再啟動，可設定的高壓掉電時間長達30s。

3.4? 對自身小故障的承受能力

高壓變頻器具有單元旁路功能，即某個功率單元出故障時該單元應能夠自動退出，整個系統可持續帶故障運行，這實際是一種冗余設計技術。此時應注意單元旁路后對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數、控制系統的電壓補償。單元串聯越多，故障概率越大，單個單元故障對輸出能力的影響越小，二者應折中取舍。

4? 可行性應用分析

基于3kV變頻器應用技術方案采用“戶外箱式變頻器”。戶外箱式變頻器結構的開發成功，解決了高壓變頻器應用過程中的投資成本，提高了系統的適配能力。戶外箱式變頻器的出現，解決了變頻器到現場需要安裝再調試的問題。目前，通常高壓變頻器都要進行分體運輸，到現場就位后再進行設備組裝、接線調試。這與設備在生產中進行整機組裝測試，通過多個獨立部門進行實施和工序控制，最后通過品質部進行檢驗出廠的流程控制而言具有不確定性。

參考文獻：

[1] 崔建新.關于電廠中大容量電動機采用變頻器的分析[J].黑龍江科技信息，2010.

[2] 寧華.利用高壓變頻器對600MW機組進行節能改造[J].中國設備工程，2010.

[3] 趙睿敏.高壓變頻器在水泥行業的應用[J].河南建材，2009.