高压变频器接线形式研究

高压变频器接线形式研究

赵文超

(山东电力工程咨询院有限公司山东济南250100)

摘要：火电机组凝结水泵等“一用一备”高压厂用设备，常在设计时配套高压变频器。本文综合对比、讨论四种高压变频器接线方式的优缺点，为设计人员合理选择接线方式提供帮助。

关键词：高压变频器；“一拖一工频旁路”；“一拖二”；接线方式比较

1前言

在火力发电过程中，凝结水泵、热网循环泵（热电联产机组）等作为重要的辅机设备，其容量大、耗电多、长期连续运行，同时经常处于低负荷及变负荷运行等特点，使其最适于使用变频器进行控制，从而达到节能降耗、稳定运行的目的[1]。通常情况下，在“一用一备”电机高压变频器设计时通常采用“一拖一工频旁路”或“一拖二”两种理念[2]。现以某电厂凝结水泵为例分析如下：

2高压变频器主要接线形式

2.1图1原理为两台凝结水泵在A、B两段母线分别供电情况下，各自使用一台含工频旁路变频器，从而实现两台凝结水泵无扰独立运行。两台水泵均可变频、工频运行，且无启停方式、顺序限制，逻辑控制简单，操作方便。

图1“一拖一工频旁路”基本接线形式（单台）

2.2图2原理为两台凝结水泵在A、B两段母线分别供电情况下，其中一台使用含工频旁路变频器，另一台无变频装置。运行方式为变频控制的凝结水泵正常运行，工频控制的凝结水泵作为备用。该种运行方式下逻辑控制较为简单，备用泵可快速启动。

图2“一拖一工频旁路”衍生接线形式

2.3图3为“一拖二”基本接线形式，其原理为两台凝结水泵在A、B两段母线分别工频供电情况下，增加一段变频供电，两台凝结水泵共用一台变频器不同时控制。每台水泵均可通过共用的变频器实现变频运行，也可通过各自的工频回路进行工频运行。运行方式为一台凝结水泵变频运行，另一台工频备用。该种运行方式下其中任一台凝结水泵的运行均应考虑另一台的运行情况，以及系统内部各个隔离刀、断路器所处的状态，逻辑控制较复杂。

图3“一拖二”基本接线形式

2.4图4为“一拖二”衍生接线形式，其原理为两台凝结水泵在A、B两段母线分别工频供电情况下，分别有一供电母线分支向变频器供电，两台凝结水泵共用一台变频器不同时控制。每台水泵均可通过共用的变频器实现变频运行，也可通过各自的工频回路进行工频运行，必要时还可通过另一台的电源实现变频运行。运行方式为一台凝结水泵变频运行，另一台工频备用。该种运行方式下其中任一台凝结水泵的运行均应考虑另一台的运行情况，以及系统内部各个隔离刀、断路器所处的状态，逻辑控制更为复杂。

图4“一拖二”衍生接线形式

3接线方式比较

3.1运行安全性

3.1.1在图1接线方式下，#1、#2泵均可长期变频运行，并互为备用。无论何种故障，均有多种应急选择，且可用变频方式迅速维持机组原运行状态，极大减少了对阀门等机构的操作频率。

3.1.2在图2接线方式下，#2泵长期变频运行，#1泵长期工频备用。当#2泵、变频器或供电母线发生故障时，可直接切换至#1泵工频运行。通常情况下，该过程只需进行启泵、停泵操作，因此故障处理时间较短。然而该种运行方式下，#2泵需长期运行，其过度磨损不可避免，在影响其使用寿命的同时，还增加了运行隐患。

3.1.3在图3接线方式下，#1、#2泵均可长期变频运行，其中一台变频运行时，另外一台可作为其的工频备用。当供电母线、变频器或泵发生故障，也有较多应急选择。但因其共用一台变频器，事故处理时应充分考虑系统中各个开关的状态，较“一拖一”形式处理时间长。

3.1.4在图4接线方式下，#1、#2泵均可长期变频运行，其中一台变频运行时，另外一台可作为工频备用。当供电母线、变频器或泵发生故障时，也有较多应急选择。但因其较“一拖二”基本接线形式（图3）更为复杂，事故处理时间将相应延长。

3.2操作复杂性

3.2.1图1接线形式，两台变频器之间相互独立，其启、停及运行状态均不受对方影响，日常检修维护工作十分便捷。且两台泵可同时变频运行，因此可定期切换，检查备用系统的运行稳定性。

3.2.2图2接线形式，两台泵之间同样独立，但只有一台可变频运行，虽运行维护简单，但不能起到两泵交替运行的目的，只能定期短时启动备用工频泵。同时为达到节能及便于负荷控制的目的，变频泵检修时间将相应缩短。

3.2.3图3接线形式，两台水泵均可切换变频运行，但两台水泵切换负荷时操作步骤较为复杂，易造成误操作。需特别注意的是，某一泵变频运行前，其对应的工频开关柜需处于接地刀分闸状态，否则，变频电源会经该工频开关柜下口接地，造成事故（详见图3粗线条标示回路）。因此，该种设计时，建议考虑增加变频合闸对应工频开关柜接地刀闭锁，及工频开关柜下口带电与接地刀的闭锁。

3.2.4“一拖二”衍生接线形式

该种接线方式两台水泵均可变频运行，可延长系统的运行寿命，减少检修工作量。但接线较“一拖二”基本接线形式更为复杂，在两台水泵切换负荷期间更需注意操作步骤和开关状态。

3.3造价经济性

上述四种接线形式对应的系统中，在不考虑高压电缆和变频器室造价的基础上，单就开关柜数量和变频器数量及构造复杂程度而言，在同样选取国产（或进口）品牌的前提下：

3.3.1图1接线形式因其有两台高压开关柜和两台变频器，因此造价最高。

3.3.2图2接线形式只有两台开关柜和一台变频器，且其变频器构造远不如“一拖二”衍生接线形式复杂，因此造价最低。

3.3.3图3、图4两种接线形式造价介于上面两种“一拖一”接线形式之间。虽然“一拖二”基本接线形式多了一个开关柜、但“一拖二”衍生接线形式的变频器中增加了更多的隔离刀和断路器，且控制系统更为复杂，因此其二者的造价还需根据实际情况确定。

4结论

综上所述，四种接线形式各有可取之处，也同时存在不足。在造价充足时，应首先考虑图1接线形式，方便检修维护，杜绝运行安全隐患；在存在技改要求时，可考虑图2接线形式，预留工频回路改造的空间及路由；图3接线形式造价及运行方式的组合优势更为明显，适用于目前多数在建机组；图4接线形式虽较为复杂，但对于节能改造机组来说，如无备用高压开关柜，该种“一拖二”形式还是一种可行的选择。

参考文献：

[1]李永东.大容量多电平变换器：原理.控制.应用[M].北京：科学出版社，2005.

[2]徐甫荣.高压变频调速技术应用实践[M].北京：中国电力出版社，2007.