1 發(fā)展高壓變頻，生產安全不容懈怠

　　作為一項成熟的電力電子技術，高壓變頻調速已擁有超 過二十年的歷史，并在工業(yè)節(jié)能減排、精準能效及工藝控制 等方向發(fā)揮著重要作用。伴隨著重工業(yè)領域單體生產裝置的 體量規(guī)模及工藝復雜性越來越難以應對，高壓變頻器驅動的 負載重要性愈發(fā)突出，但也無形中放大了宕機影響所造成的 直接、間接經濟損失和破壞性。

　　因此更多情況下，生產系統的設計對高壓變頻器設備、 系統安全性要求更為嚴苛。而設備安全主要是基于高壓變頻 器本體部分，為了提高產品的可靠性、耐受性、長周期穩(wěn)定 性等因素。

　　在產品設計、實現、交付等過程中，基于安全技術所采 取的冷備(冷備份)、熱備(熱冗余)、容錯、軟冗余、故障隔 離、局部自愈、風險限定等措施，都是安全生產的“雙重保 險”。通過增強變頻器本體在設備內發(fā)生異常時的自我處置 能力，能夠有效避免、減少、減緩、限定設備宕機給生產所 帶來的不利影響和損失范圍。

　　2 多緯度把控，安全守護不止于此

　　在實際應用中，具體到大功率高安全、耐久型的高壓頻 器設計上，安全則應體現在如下圖幾個方面。當然，我們對 安全生產的追求不僅僅局限于此。

　　(1)控制安全

　　? 控制電源冗余

　　變頻控制柜采用兩路外供控制電源或多路制式控制電 源，并內置后備電源，確保系統不受控制電源的影響，避免 不必要的停機和設備失控。

　　功率單元采用自身直流供電與控制系統外供電源的方 式，實現雙電源熱備，增強單元控制電源回路的韌性。

　　? 控制端口冗余

　　多轉速指令輸入容錯機制。變頻轉速給定信號采用三路 冗余、容錯算法，實現高轉速負載的轉速指令穩(wěn)定性，降低 單通道故障失速風險。

　　? 多處理器容錯

　　變頻主控系統采用雙CPU或多CPU處理器的方式，分擔 系統運算和控制風險。

　　? 單元通訊冗余

　　功率單元主回路與單元旁路部分采用獨立的光纖通訊及 控制回路，提高單元旁路功能的生存能力，實現功率單元本 體主回路完全意義上的自動旁路處置功能。

　　(2)關鍵部件安全

　　? 金屬薄膜電容器

　　采用具有自愈特性的金屬薄膜電容，通過實現過電壓擊 穿點自我隔離的方式，避免瞬時過電壓及單元器件局部失效 造成的高壓變頻器整體宕機。

　　? 減少連接結構

　　采用集成化焊接一體或壓接式結構，縮減電氣鏈路連接 件，減少由于彈性連接器長期受熱應力疲勞而造成接觸性失 效，以免引發(fā)不必要的停機故障。

　　? 單元旁路技術

　　功率單元旁路，是眾所周知的高壓變頻器產品常見安全 技術之一。通過采用電氣或機械旁路的方式，減少由于功率 單元本身故障而造成整機非停風險。

　　(3)算法安全

　　? 軟儀表功能

　　軟儀表，是一種通過軟件算法獲得其它傳感器測量數值 可參照的后備數據或校驗數據的方式。軟儀表的應用可大大 減低變頻器對于內部測量傳感器的單點故障依賴，減少傳感 器故障造成的停機事故。

　　軟儀表功能的具體實踐，即采用先進計算實現對變壓器 二次繞組匝間短路保護盲區(qū)的實時動態(tài)保護。軟儀表功能可 為變壓器二次繞組出現絕緣擊穿時提供有效預防性保護，避 免變壓器發(fā)生局部過熱、整機燒毀，限定事故擴大化減少經 濟損失。

　　? 容錯計算

　　對三通道速度控制指令的處理，就是典型的冗余、容錯 計算算法。通過控制器對三個輸入通管道信號的處理，能夠 消除由于端口故障、線路干擾、信號中斷造成的回轉類高速 壓縮機等機械系統的擾動，以及對生產工藝穩(wěn)定性的影響和 不必要的負載失速損害。

　　? 故障計算

　　報警處理不及時、故障直接停車等事故，在工業(yè)生產中 屢有發(fā)生。為了避免變頻器在運行中發(fā)生非可預見性停機的 嚴重事故，建議將變頻器報警及故障，按照輕故障報警、故 障預警、緊急警告、重故障保護四個層級限定風險處理，為 運行人員留足應急災備處置時間。在突發(fā)時間情況下，故障 分級功能可幫助使用人員采取更加直接的處置措施，實現可 預見故障處置，進一步控制和減低由于設備非停造成的生產 事故損害范圍和強度。

　　作為一款成熟的產品，高壓變頻器在工業(yè)生產領域中的 作用日趨重要。隨著各種創(chuàng)新理論和算法研究的不斷推陳出 新，利德華福也將把更多基于安全規(guī)則的設計和方法賦能于 產品，為客戶保護設備資產，實現連續(xù)安全生產。在保障客 戶安全這一方面，利德華福的追求，永無止境。

　　3 高壓變頻系統的進階考驗——連續(xù)安全生產

　　自高壓變頻器產品在工業(yè)領域中開始應用，關于如何 解決高壓變頻器故障情況下，被驅動負載恢復運行，實現生 產連續(xù)的話題就從未間斷。作為工業(yè)生產中重要主輔機調速 驅動的設備，高壓變頻器始終是高壓電氣系統中的一個“高 ?！惫?jié)點存在。

　　面向工業(yè)領域各種應用場景，從早期提出的一拖一手動 工/變頻切換方案，到后續(xù)提出的工、變頻自動切換方案， 業(yè)內對高壓變頻器應用系統化解決方案的探索與實踐從未停 止。

　　然而，現階段業(yè)內應用已不再滿足于能夠”恢復生 產”、“快速恢復生產”這樣的基本需求。在超大規(guī)模應用 的單體生產裝置關鍵負載中，更應考慮如何減少高壓變頻器 宕機時的影響。或是在生產運行中，考慮如何實現高壓變頻 器的周期性動態(tài)維護檢修，以此保證連續(xù)無故障運行的長效 生產安全。

　　4 驅動系統級安全技術——工業(yè)生產

　　在重工業(yè)領域超大型單體生產裝置中，一旦變頻器意外 停機，將直接造成整套產線停滯、且難以短時間恢復;且可 能給生產經營造成遠高于設備投資的巨大經濟損失。這些訴求促使針對高壓變頻的系統安全技術不斷實現突破和發(fā)展。 接下來，就將帶您了解高壓變頻驅動系統級安全技術。

　　系統安全，主要是指一套具有一種或多種完整功能的 設備集合;在發(fā)生局部或多處故障時，系統能夠實現其持續(xù) 使用的連續(xù)性、穩(wěn)定性保證措施。高壓變頻驅動系統安全， 基于生產運行中的高壓變頻器設備之外，提供能夠保障高壓 變頻驅動系統連續(xù)輸出、驅動且滿足生產工藝連續(xù)調速的能 力。

　　更高等級的系統安全， 需要基于熱備(熱冗余)、容錯、 故障隔離、局部自愈、風險限定等措施。在設備發(fā)生異常 時，高壓變頻驅動系統更需增強在運行中的系統級自我處置 能力，以及在正常運行工況下的正常高壓變頻器自由投退、 維護檢修保障能力。避免設備宕機或設備檢修退出時，對驅 動系統所帶來的的不利影響，以及造成的損失。

　　目前，基于系統級關鍵生產裝置配套大功率高壓變頻驅 動系統的方案有以下幾種：

　　(1)單機功率冗余

　　為控制項目投資，即保證裝置的高可用性。一臺驅動 負載配備一套具有冗余功率單元的高壓變頻器及工頻旁路系 統。正常情況下，變頻器的功率單元承擔1/(N+1)負荷， 并非額定滿載輸出。

　　當其中一個或兩個功率單元發(fā)生故障時，變頻器內部實 現自動單元旁路，保證變頻器仍然能夠提供100%的驅動能 力。運行中，可根據生產需要可將負載轉至工頻運行;維護 時，可將變頻器退出檢修，并在檢修完畢后在線恢復變頻運 行。

　　(2)雙機熱備冗余

　　一臺驅動負載，配備兩套一模一樣的高壓變頻器，兩臺 變頻器具備分別驅動100%負荷的能力。正常情況下，兩臺變 頻器輸出并聯運行，各承擔50%負荷;一旦其中一臺設備故 障或需要檢修退出，則另外一臺變頻器承擔100%出力。

　　于負載而言，運行轉速不變，輸出功率不變，只是供電 側由兩臺變頻器同時驅動，變更為一臺變頻器單獨驅動。

　　(3)三機冗余容錯

　　一臺驅動負載，配備三套一模一樣的高壓變頻器，每臺 變頻器能夠提供50%負荷驅動能力。正常情況下，三臺變頻

器輸出并聯運行，各承擔1/3負荷;一旦其中一臺設備故障或需要檢修退出，則另外兩臺變頻器承擔100%驅動能力。

　　于負載而言，運行轉速不變，輸出功率不變，只是供電側的變頻器數量發(fā)生變化，實現變頻器風險分攤?？稍试S任意一臺變頻器進行定期輪換維護檢修，系統結構適用于超大規(guī)模裝置中關鍵高價值負載應用需求。

　　在超大規(guī)模、高價值的應用場景中，高壓變頻驅動的系統級安全策略也因變頻技術的推動而不斷迭代完善，以此滿足客戶對生產連續(xù)和可持續(xù)安全維護的長效運行需求。而面對更多、更高、更大、更嚴苛的運行環(huán)境要求，利德華福將基于安全規(guī)則，提供更多復雜、高融合性的系統解決方案，實現并推動超大功率高壓變頻應用的技術進步，為客戶生產提供更可靠的保障。

　　利德華福創(chuàng)建于1998年，是國內研發(fā)、生產和銷售高壓變頻器的專業(yè)制造商之一，生產基地位于北京市昌平區(qū)陽坊鎮(zhèn)工業(yè)南區(qū)，2011年公司加入世界500強企業(yè)(《財富》2011年榜單)施耐德電氣集團，成為施耐德電氣第一個以中國為核心的高壓變頻器產品研發(fā)中心和生產基地。