试论高压变频器的同步投切与“飞车”切换方式

试论高压变频器的同步投切与“飞车”切换方式

刘万

国电达州发电有限公司，四川省达州市635000

摘要：本文基于高压变频器同步投切系统主回路实现的根本原理及方法之上，提出一拖二的高压变频器方式，能够实现同步投切及“飞车”切换，在切换过程中达到变频器的输出电压一致于电网电压幅值、相位、频率。经研究发现本文提出此种新型切换方式，不仅比较简便还可以更安全省电，从而有效预防误操作情况发生。

关键词：高压变频器；同步投切；“飞车”切换

高压变频器作为目前被广泛运用于水泵、风机等高效节能设备，达到较好的节能降耗成效，不仅创造经济效益更实现了社会效益。但是高压变频器的系统元件比较复杂，极有可能出现元气组件的使用期限较久出现老化，以及运用环境恶劣、母线电压波动等因素制约所致发生变频器非正常停机故障情况。而一旦变频器出现故障则需要借助旁路开关及时切工，假若变切工失败则需要降低机组负荷来实现稳定炉膛压力，但是一旦RB联锁失效，最终必然会影响机组生产的稳定性[2]。因此本文提出高压变频器实现同步投切及“飞车”切换方式。

1、高压变频器同步投切系统主回路基本原理

想要实现高压变频器的同步投切，系统主回路的主要原理图（见图1），系统元件组成包括了开关、高压变频器、并网电抗器与控制系统可编程PLC。该控制系统能够实现对数据的实时采集、分析、处理脉冲、控制警报、输入输出锁相等这一功能。同步切换需要依照相应的运行方式，转变频工投切与工频投切，在实现频工投切过程中需要拖动变频器电机运行，并借助锁相技术在变频器的输出幅值、频率、相位始终相符于电网并网，在并网之后切出电动机变频运行。在实现工频投切过程中，变频器首先空载运行之后，经由锁相技术达到变频器的输出幅值、频率、相位一致时并网，在并网之后切出电动机工频即投入至变频运行。

2、变频器结构组成及电气闭锁

针对一拖二变频器通常包括了6Kv工频与变频共用的两开关，变频器对接触器KM41和KM52连接，出现KM42与KM52，工频接触器KM43及KM53，在电抗器及电抗器旁侧的接触器QFO（见图2）。

在泵运行过程中主要有三种状态，即工频运行、变频运行、工频备用。根据上图示例在A泵变频或工频运行状态下，以B泵工频备用，图示QF1与QF2分别为A、B两泵的6Kv开关。如上假设的具体情况包括：其一在工频运行状态下的A泵，KM43开关合，QF1开关合，KM41与KM42两开关在分位；其二在变频运行状态下的A泵，KM41、KM42与QF1开关均合，KM43开关在分位；其三在工频备用状态下的B泵，KM51、KM52与QF2开关在分位，KM53则合。

为了对变频器与接触器之间发生误操作等情况，通过将电气闭锁设置于变频器中，包括如下三种：

其一在KM41与KM43、KM51与KM53处于闭锁情况下，高压运用同步投切实现水泵变频切换至工频，在KM41（KM51）处于合闸位情况下，KM43（KM53）能够合闸，但是一旦合闸那么KM41（KM51）则无法合闸。运用“飞车”切换方式实现凝结、闭式两种水泵的变频切换，在KM41（KM51）处于合闸时，KM43（KM53）无法合闸，同样在KM43（KM53）处于合闸位情况下，KM41（KM51）则无法合闸，仅1台变频器正常运行；

其二在KM41与KM51闭锁情况下，KM41处于合闸位那么KM51即无法成功合闸，保证能够正常运行一台变频器；

其三在KM41与KM43、KM51与KM53全部处于闭锁状态，那么KM42和KM52便仅仅能够待在QF1、KM41（KM51）处于合闸位，变频器状态为待机情况下KM42（KM52）才能够合。此种做法能够有效预防泵的状态切换过程中，电机残压影响变频器的反送电。

3、同步投切

变频器实现同步投切，主要是变频器能够实现工频与变频之间无扰动的状态切换，通过运用锁频锁相技术，能够确保变频器的输出幅值、频率及相位，能够一致于工频，从而实现变频负载稳步切换至工频，从而预防变频器的输出电压、工频电压存在相位差情况，进而产生冲击电流对设备造成较大损坏。同步投切关键实现技术主要需要借助变频器内部的电抗器与真空接触器，在实现变频器的同步投切过程中，电抗器接入达到涌流控制这一作用，保证不会改变电流。同步投切主要实现两种状态转变，包括了变频投工频、工频投变频。

3.1变频投工频

此种状态转变主要指的是变频器接收同步投切指令后，转变原本的变频运行负载方式，提升负载为工频负载，变频器输出经由电抗器后锁定至工频等同的幅值、电压与相位，然后将工频输出开关合闸，变频器和工频并列运行向负载供电，再将负载从变频器转移至工频运行后，断开负载的变频开关，负载完全工频运行。

3.2工频投变频

此种状态转变主要变频器接收同步投切指令后，转变原本的工频运行负载方式，提升负载为变频负载，变频器输出经由电抗器后锁定至变频等同的幅值、电压与相位，然后将变频器输出通过电抗器与工频并列运行向负载供电，再将负载从工频转移至变频运行，断开负载的工频电源，使负载完全变频运行。

3.3同步投切实例

对某火电厂高压给水泵，主要供高压汽包水位、高压过热器减温水以及TCA冷却水，对于机组的运行期间针对任何出现故障情况，都需要将进组跳闸进入。所以切换水泵应当以无干扰切换为预期，从而确保机组运行安全性。对于同步投切通过运用变频投工频这一方式，譬如A泵转变至B泵变频器。首先对电抗器的刀闸检查是否处于分闸位；后转变高压汽包水位的控制方式，实现水位的变频控制切换至调节阀控制；然后提高变频运行A泵频率为50Hz，达到锁频锁相，合KM43即共同运行A泵工频及变频；将A泵变频器自动停止，分为KM42与KM41，A泵工频；退出B泵备用KM53分；启动B泵后KM51合、QF2合、KM52合，与此同时提高变频器的频率；停止A泵的运行状态，完成QF1及KM42自动分。

4、“飞车”切换

高压变频器实现“飞车”切换，换言之即启动转速跟踪，主要指电机定子脱离工频情况下，电机定子“无源”处于电机转动状态。而此种不确定转速状态，可以在电机定子中接入高压变频器，转变电机定子无源至有缘，创造电机定子旋转磁场，电机定子旋转磁场能够拖至电子转子正常驱动。简单来讲，在电机处于工频运行状态下，停止电机工频运行状态，此种情况下会迅速降低电机转速，启动变频器后对转子频率实时捕捉，变频器能够以转子频率作为依据，提升电机转速至额定转速，即实现了切换过程。

“飞车”切换需要在电机定子上增加变频器的输出电压，多数情况下由于电动机、变频器两者的反动势并未同步输出电压，而电机与变频器通常需要承受额定电压2~3倍的冲击电压。所以将冲击电流消除之后，实现了电动机反动势同步变频器的输出电压，也作为“飞车切换”的重点。变频器设备能够运用电机剩磁矢量控制方法，确定目前转子转速后不断加速直至达到额定转子转速，即无冲击启动。

某火电厂的闭式水泵在运行中主要以闭式冷却水提供方式为主，通过及时向辅助设备包括余热锅炉、汽机等提供冷却水。实现该水泵的变频器切换过程中，运用“飞车”切换这一模式，短时间的闭式水中断，并不会对机组的运行安全造成影响。但是在具体切换过程中，仍然需要全面考虑闭式的水压力，所可能导致水泵的跳闸安全问题。譬如在空压机的冷却水流量较低时，则会引发空压机出现跳闸情况。那么在转变闭式水泵变频时，应当由临机提供闭式水，运用“飞车”切换方式，短时间将凝结水中断从而避免汽包水位所致引发机组跳闸的安全问题，也有效确保在变频切换过程中的机组运行安全。

结语

随着现代社会信息自动规划控制技术的飞速发展及不断创新，高压变频器本身得以广泛运用的显著特点，即降低成本增加效益，但是传统的变频器切换方式必然会较大程度影响电机，再加上切换方式的过于繁琐，极易引发安全事故。考虑到电机在系统运行中的关键性，本文提出同步投切、“飞车”切换这两种切换方式，不仅能够更加简便还能够更加安全省电，从而有效预防误操作的情况发生。