高壓變頻器手動(dòng)旁路方式與自動(dòng)旁路方式應(yīng)用的比較

1 引言

　　高壓電動(dòng)機(jī)在未進(jìn)行調(diào)速改造之前，由電機(jī)上口的斷路器控制啟停，電動(dòng)機(jī)直接與母線連接，定速運(yùn)行。在進(jìn)行變頻調(diào)速改造后，電動(dòng)機(jī)與母線之間除了原來的高壓斷路器外，還增加了一套高壓變頻調(diào)速裝置。隨著變頻器使用的增多，工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障，需要檢修時(shí)，電機(jī)就不得不停下來，不能滿足現(xiàn)場連續(xù)生產(chǎn)的要求。為此，工程技術(shù)人員又在變頻器和電機(jī)、母線之間增加了一套切換裝置，以滿足電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

　　根據(jù)切換開關(guān)的不同，變頻器的旁路方案分為手動(dòng)旁路方式與自動(dòng)旁路方式。下面分別介紹如下：

2 兩種旁路方式的介紹

　　2.1 一拖一手動(dòng)旁路方式

　　2.1.1 基本原理

　　一拖一手動(dòng)旁路方式是由3個(gè)高壓隔離開關(guān)qs1、qs2和qs3組成，如圖1所示。要求qs2和qs3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，qs1和qs2閉合，qs3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，qs3閉合，qs1和qs2斷開。

　　2.1.2 詳細(xì)介紹

　?。?）隔離開關(guān)分別選用gn19系列單投和雙投戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)，相間距為210mm；單投隔離開關(guān)的進(jìn)線端的三個(gè)絕緣端子為高壓帶電顯示裝置的三個(gè)傳感器；

　　（2）照明燈為柜門式照明燈；

　　（3）避雷器采用三相組合式；

　?。?）外加輸入、輸出端子；工頻、變頻指示。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)柜體尺寸（長×寬×高）：1200mm×1200mm×2320mm

　　2.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)

　?。?）優(yōu)點(diǎn)

　　在檢修變頻器時(shí)，有明顯斷電時(shí)間，能夠保證人身安全，同時(shí)也可手動(dòng)使負(fù)載投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行；手動(dòng)旁路可人為判斷故障后再切換，比較安全；造價(jià)低等。

　?。?）缺點(diǎn)

　　負(fù)載在倒入工頻運(yùn)行時(shí)必須人工干預(yù)，這不符合有些現(xiàn)場工況不能停機(jī)的要求。

　　2.2 一拖一自動(dòng)旁路方式

　　2.2.1 基本原理

　　一拖一自動(dòng)旁路方式是由3個(gè)高壓真空開關(guān)（電流小于300a時(shí)選用真空接觸器，電流大于300a時(shí)選用真空斷路器）km1、km2和km3組成，如圖2所示。要求km1、km2不能和km3同時(shí)閉合，在電氣上實(shí)現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，km1和km2閉合，km3斷開；工頻運(yùn)行時(shí)，km3閉合，km1和km2斷開。

　　2.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

　　（1）優(yōu)點(diǎn)

　　在變頻器出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，而負(fù)載不需要停機(jī)，滿足現(xiàn)場不能停機(jī)的要求。

　?。?）缺點(diǎn)

　　價(jià)格比較高，使用復(fù)雜。電機(jī)由變頻運(yùn)行時(shí)向工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換，自動(dòng)旁路開關(guān)一般也不會(huì)有問題。但有一點(diǎn)例外，即如果是由于電機(jī)及其負(fù)載的故障引起變頻器停機(jī)，再次旁路，有可能使故障擴(kuò)大化。例如變頻器過流時(shí)，因?yàn)樽冾l器自身無法判斷是自身問題還是電機(jī)出現(xiàn)異常（例如堵轉(zhuǎn)、掃膛、匝間短路等）。此時(shí)將電機(jī)直接投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行，會(huì)造成更大的損壞。此外，當(dāng)電機(jī)在低于工頻的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，如果自動(dòng)切換到工頻，電機(jī)轉(zhuǎn)速突然升高，爐膛負(fù)壓、風(fēng)量等參數(shù)會(huì)發(fā)生突變，這時(shí)，用戶需要考慮，在采取應(yīng)對措施之前的短時(shí)間內(nèi)，會(huì)不會(huì)對生產(chǎn)造成影響。而手動(dòng)旁路時(shí)，可事先采取應(yīng)對措施再重新啟動(dòng)電機(jī)，上述問題不存在。

　　2.3 手動(dòng)一拖二旁路方式介紹

　　系統(tǒng)主回路采用變頻器加配套手動(dòng)旁路開關(guān)柜，雙電源供電，一拖二控制方式。以實(shí)現(xiàn)1臺(tái)變頻器可控制2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)和控制2臺(tái)電動(dòng)機(jī)中的任何一臺(tái)變頻運(yùn)行，或通過旁路柜實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行的目的，如圖3所示。

　　圖中qf2、qf3為高壓開關(guān)，qs1、qs2、qs3、qs4、qs5、qs6為旁路開關(guān)柜手動(dòng)隔離開關(guān)，m1、m2為電動(dòng)機(jī)。

　　2.3.1 主回路工作原理

　　以m1號電動(dòng)機(jī)運(yùn)行為例，手動(dòng)斷開qs3，閉合qs1、qs2，變頻器選擇“變頻運(yùn)行”位置，將qf2閉合，即可實(shí)現(xiàn)m1號電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。

　　手動(dòng)斷開qs1、qs2，閉合qs3，閉合qf2，即可實(shí)現(xiàn)m1工頻運(yùn)行。斷開qf2，即可實(shí)現(xiàn)m1號電動(dòng)機(jī)工頻停機(jī)。

　　斷開qs1、qs2、qs4、qs5，即可實(shí)現(xiàn)變頻器安全檢修。

　　qs2和qs3之間、qs5和qs6之間均存在機(jī)械互鎖關(guān)系；qs1和qs4之間、qs2和qs5之間存在電氣互鎖關(guān)系，防止短路。

　　即：當(dāng)m1號電動(dòng)機(jī)使用《喂┑綾淦翟誦惺保 qs1、qs2閉合，qs3、qs4、qs5均被互鎖，不能閉合。當(dāng)m1使用《喂┑綣て翟誦惺保qs3閉合， qs1、qs2被互鎖，不能閉合。

　　m2號電動(dòng)機(jī)操作要求與m1號電動(dòng)機(jī)相類似，互鎖、保護(hù)也與m1號電動(dòng)機(jī)類似。

　　2.3.2 變頻器與高壓開關(guān)的信號聯(lián)鎖

　　為保證高壓變頻器的安全運(yùn)行，變頻器與高壓開關(guān)有如下信號聯(lián)鎖：

　?。?）變頻器給每個(gè)高壓開關(guān)（qf2、qf3）各提供“合閘允許”觸點(diǎn)一對（無源觸點(diǎn)、閉合有效），在觸點(diǎn)閉合時(shí)，高壓開關(guān)才允許閉合。

　?。?）變頻器給每個(gè)高壓開關(guān)（qf2、qf3）各提供“緊急分?jǐn)?rdquo;觸點(diǎn)一對（無源觸點(diǎn)、閉合有效），在觸點(diǎn)閉合時(shí)，高壓開關(guān)必須立即分?jǐn)唷?/p>

　　（3）高壓開關(guān)（qf2、qf3）各提供“開關(guān)已合閘” 觸點(diǎn)一對（無源觸點(diǎn)、閉合有效）至變頻器，用于高壓隔離開關(guān)的電磁鎖回路操作。

3 兩種旁路方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

　　根據(jù)利德華福公司近2000多套運(yùn)行業(yè)績的統(tǒng)計(jì)，大部分的客戶選擇手動(dòng)旁路方案。與自動(dòng)旁路方案比較，二者的區(qū)別如附表所示。

4 電力行業(yè)應(yīng)用情況

　　手動(dòng)旁路方案和自動(dòng)旁路方案在現(xiàn)場均有大量成功應(yīng)用案例，但是絕大部電力行業(yè)客戶選擇手動(dòng)旁路方案。主要的理由如下：

　?。?）一般鍋爐的風(fēng)機(jī)均為雙側(cè)配置，當(dāng)一側(cè)的變頻器發(fā)生故障時(shí)，dcs會(huì)自動(dòng)將另外一側(cè)的變頻器提速，執(zhí)行rb功能，從而保證鍋爐燃燒的連續(xù)性，不會(huì)發(fā)生突然的滅火事故，鍋爐允許短時(shí)間內(nèi)單側(cè)風(fēng)機(jī)允許。

　?。?）變頻器設(shè)計(jì)有升速限流功能，當(dāng)需要短時(shí)間內(nèi)快速加速時(shí)，變頻器不因負(fù)載的劇烈增加而發(fā)生過流。

　?。?）當(dāng)一側(cè)重要輔機(jī)停運(yùn)后，dcs會(huì)自動(dòng)執(zhí)行rb功能，這符合用戶的操作習(xí)慣。

　?。?）風(fēng)機(jī)類負(fù)載手動(dòng)旁路柜滿足大部分客戶的要求，對于選擇自動(dòng)旁路柜的現(xiàn)場，需要注意旁路切換系統(tǒng)與熱工系統(tǒng)的配合銜接問題，避免突然切換造成系統(tǒng)的劇烈擾動(dòng)。

5 結(jié)束語

　　對于手動(dòng)、自動(dòng)切換方案，應(yīng)按照現(xiàn)場實(shí)際的情況進(jìn)行選擇。一般來說，筆者建議客戶選用手動(dòng)旁路方案，變頻器故障后通過對高壓隔離開關(guān)的手工操作即可將電機(jī)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，其經(jīng)濟(jì)性、可靠性都非常高。此外，相對于自動(dòng)旁路方案，手動(dòng)切換方案一次和二次回路均非常簡單，檢修維護(hù)方便。對于自動(dòng)旁路方案，要有針對性的使用，例如在小型熱電生產(chǎn)單位，鍋爐風(fēng)機(jī)配置為單引、單送，電機(jī)變頻改造后一旦變頻器運(yùn)行中需要停機(jī)，而鍋爐燃燒又不允許電機(jī)停下來，此時(shí)選擇自動(dòng)旁路切換就是非常適合的。對于大型發(fā)電機(jī)組，引、送風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)等重要鍋爐輔機(jī)，均為兩側(cè)配置，單側(cè)輔機(jī)跳機(jī)后，鍋爐仍可維持燃燒，短時(shí)間內(nèi)不存在停爐的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)選用自動(dòng)旁路方案就沒什么必要了，手動(dòng)旁路切換完全可以滿足實(shí)際的生產(chǎn)工藝要求。

　　總之，合理的選擇技術(shù)方案，不但可以降低設(shè)備采購成本，而且可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，提升變頻調(diào)速系統(tǒng)的整體性價(jià)比，從而在長期的運(yùn)行中取得最大化的經(jīng)濟(jì)利益。