高压变频调速技术在煤矿主扇风机中的应用研究

高压变频调速技术在煤矿主扇风机中的应用研究内容摘要：

KM3DGND电压综合 05V输入高压检测电流互感器CT1,CT2温控仪TC电源接口板通讯接口2222单元柜行程开关柜温检测2223变压器柜行程开关模拟反启(停 )备用(闭 合分闸)IGND FGNDDGND远程启(停 )速度2速度3速度4速度5IIA IIC VIA VIC电压综合 05V隔离V/I转换隔离V/I转换AIFIDGND备用T5HC/JM/1T5HC/PTM/1 16 产品构成及特征 系统构成方案： 变频器为 HIVERTY06/039，为了充分利用变频器和保证系统运行的可靠性，系统共设置了三个切换柜。 下图为高压变 频器改造过程中高压变频器柜，变频器电源柜和三台切换柜。 3切换柜对应东台风机， 2切换柜对应西台风机， 1切换柜的手柄打到上位置时变频器输出对应 2切换柜， 1切换柜的手柄打到下位置时变频器输出对应 3切换柜。 如图 所示， 1切换柜用于两台风机之间的变频切换，双投隔离开关 QS 置于位置 1 时， 1风机变频运行，置于位置 2时 2风机变频运行。 2切换柜内有两个双投隔离开关 1QS 和 2QS，用于 1风机的变频和工频切换，隔离开关置于位置 1 时，风机变频运行，置于位置 2 时，风机工频运行。 3切换柜内亦有两个双投隔 离开关 QS3 和 QS4，用于 2风机的变频和工频切换，隔离开关置于位置 1 时，风机变频运行，置于位置 2 时，风机工频运行。 所有隔离开关均采用单刀双投方式，实现了 1风机和 2风机以及变频和工频之间的机械互锁。 为实现变频故障的保护，变频器对上级断路器 5QF 进行连锁，一但变变频器单元柜变频器变压器柜变频器电源柜1切换柜2切换柜3切换柜中央风井高压变频器系统布置图 17 频器故障，将自动跳开 5QF。 在变频器未准备就绪或故障状态下， 5QF合闸无效。 变频器采用一拖二控制，一台风机的两台电机可以同时由变频器拖动运行，也可以单台电机由变频器拖动运行。 两台电机由变频器拖动运行时，电机可以正常退出运行，不需变频器停止运 行；当单台电机由变频器拖动运行时，若需要另台电机投入运行，这时变频器应该停止运行，隔离开关操作到位后重新启动运行。 变压器柜： 变压器柜内装有为功率单元提供三相电源的移相变压器。 柜门上还装设有干式变压器温度控制仪，为变压器提供温度告警和过热保护。 柜门内侧装有行程开关，当柜门打开时告警。 变压器和底座用螺钉连接成了一个整体，便于运输和安装。 柜体吊环仅用于吊装变压器柜，不能用于带变压器的整体吊装。 当需要整体吊装时，必须通过叉车孔，或者由变压器吊装孔吊装（见图 ）。 对于 6kV 变频器，变压器正面右侧 是副边绕组接线区域，与功率单元的三相输入电缆连接；接线柱与电缆的标号要一一对应。 变频器的三相高压输入和输出从底部（通过地沟）或侧面（通过地面）进入变压器背面。 输入电源接线在上部，直接进入变压器。 输出在下部，从功率单元来，为电机提供变频电源，要根据电机的旋转方向调整相序关系。 变压器柜顶部装有离心风机，在变压器底部同时装有 6 台冷却风机，每个铁芯柱的正面和背面各 1个。 18 图 6kV 变压器 控制 /单元柜 6kV单元柜内安装的功率单元从上到下分成三组，分别为 A 相、 B 相和C 相。 每相单元从右向左排列，如 A 相单元从右到左分别为 A A AA A5。 单元下端通过快熔接变压器副边输出三相隔离电源，额定电压 690V，单元上端为单相输出，每组的五个单元由铜排串联成一相，并且将每相的第一个单元短接，组成三相 Y 接，每相的第五个单元输出接变频器输出接线柱，即为变频器三相输出，额定电压 6kV。 功率单元安装在导轨上，由两个 M8 的螺钉与导轨固定。 单元柜后部为通风道，冷空气通过前柜门过滤层，流经单元散热器，把功率单元内产生的热量带到后部通风道，由柜顶离心风机将热空气排到单元柜外。 柜门外装有过滤层，用于阻挡粉尘进入单元 内部。 柜门内侧装有行程开关，用于柜门连锁，柜门打开时将发出告警。 控制系统安装在柜的后右面，从上到下依次为控制器（内含光纤板、冷却风机前后共6台变压器副边绕组接线柱，接单元三相输入电缆。 接线柱旁和电缆上都有标注。 用户进线电源接线柱变压器吊装孔 19 主控板、信号板、电源板）和 IO接口板。 电源开关及用户接线端子排在背面的右侧小门内，变频器输出接线柱在变压器柜背面的左侧挡板内。 图 控制 /单元柜内部布置 操作人机界面安装在柜体左门上，人机界面下方是“故障复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。 触摸屏上方有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。 控制系统由 220VAC 和高压主电源双路供电，以保证运行过程中 220VAC电源出现故障时变频器能继续工作。 光纤板连接与单元通讯的光缆，一块光纤板对应其中一相的单元。 电源板为控制器本身提供工作电源。 正面背面C5 C4 C3 C2 C1B5 B4 B3 B2 B1A1A2A3A4A5变频器输出 20 图 控制 /单元柜外形图 功率单元 功率单元（简称单元）安装在单元柜内，由螺钉固定在安装导轨上。 柜内的所有单元具有完全相同的电气和机械参数，可以互换。 单元的三相输入接主变压器的二次输出，并由熔断器保护；单相输出串联后，一端与其他两相短接成星点，一端输出到电机。 单元内有独立的控制板和驱动板，工作电源取自主回路中的直流环节，采用开关电源，正常工作电压范围为 450VDC～ 1250VDC。 驱动板用于驱动IGBT 和可选单元旁路中的可控硅，控制板通过光纤与系统中的光纤板通讯。 光纤是单元与主控系统的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔离。 卸下单元与导轨的固定螺钉，输入电缆，输出铜排和光纤接头后，就完全将单元与单元柜分离了，并可以将其从导轨上取下。 单元安装的步骤则与之相反，将单元放到导轨上，往里轻推至极限位置，拧紧固定螺钉，接好输入电缆和输出铜排，插上光纤接头。 开关及按钮指示灯操作显示屏过滤网风机 10 kV 单元柜正面 21 变频器停电后，单元内仍可能存在危险电压。 因此一定要等待 LED 熄灭后，方能卸下光纤接头，分离单元；如果要对单 元内部操作，则必须要等电容完全放电后才能进行。 图 功率外形单元图 变频器技术参数 技术方案 多级模块串联、 直接高 高 方式 型式及型号 HIVERTY06/039 使用标准 GB/ 对电动机要求 普通鼠笼式、绕线式异步电机 系统额定输入电压 6kV 额定输入电压 /允许变化范围 6kV177。 10% 系统输出电压 0～ 6kV 系统额定输出电流 39A 光纤接口单元输出单元输入散热器L1 L2XTXRR S T固定螺栓快熔电源指示单元正视图 22 额定输入频率 /允许变化范围 50Hz177。 10% 对电网电压波动的敏感性 +15%～ 20% 输出频率范围 — 120 Hz 输出频率分辨率 Hz 加减速时间 10— 1600秒 变频器效率 ＞ (含变压器 ) 输入侧功率因数 ＞ （＞ 20%负载） 谐波 输入电流 4%,输出电压 6%,输出电流 2% 可靠性指标 (平均无故障工作时间 ) 20200小时 过载能力 120% 1min， 150% 3 即保护 控制方式 空间矢量控制的正弦 PWM 控制 控制电源 220V177。 10%AC， 1kVA 逆变形式 IGBT 逆变桥 串连， 整流形式 30 脉冲，二极管三相全桥， 高、低压电隔 离方式 光电隔离 噪声等级 ≤ 75dB 防护等级 IP30 冷却方式 强迫风冷 运行环境标准温度 0— 40℃ 标准控制连接 与 DCS 硬连接， RS48 Modbus RTU 协议 模拟量信号 (输入 )规格及数量 4～ 20mA或 0～ 10V， 2路 模拟量信号 (输出 )规格及数量 4～ 20mA或 0～ 10V， 2路 开关量信号 (输入 )规格及数量 继电器干式接点， 12点 开关量信号 (输出 )规格及数量 继电器干式接点， 9点 23 变频器输入侧有无熔断器 变频器输入侧无熔断器， 功率单元输入侧有熔断器 操作键盘、 人机界面 工业 LCD，全中文显示 变频装置外形尺寸（ mm） 3900 宽 1200深 2100高 变频装置重量（ kg） 5775 盘前维护或盘后维护 盘前操作，前后维护 基本性能及说明 : 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；  系统一体化设计，包括输入干式隔离变压器。 整套系统在出厂前进行整体测试及 72 小时连续负载试验；  30 脉冲输入，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%的负载变化情况内功率因数不小于 ，并且电流谐波少，无须功率因数补偿 /谐波抑制装置；  每相 5 单元叠波输出，输出谐波分量小，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；  变频器抗干扰性强；对外界设备仪表（包括 DCS等自动化系统）无干扰。  变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于 %。 变频器有共振点频率跳跃功能；  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； 24  变频。