1 發(fā)展高壓變頻，生產(chǎn)安全不容懈怠

　　作為一項成熟的電力電子技術(shù)，高壓變頻調(diào)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(lǐng)域單體生產(chǎn)裝置的 體量規(guī)模及工藝復(fù)雜性越來越難以應(yīng)對，高壓變頻器驅(qū)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(jīng)濟損失和破壞性。

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

　　在產(chǎn)品設(shè)計、實現(xiàn)、交付等過程中，基于安全技術(shù)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(fēng)險限定等措施，都是安全生產(chǎn)的“雙重保 險”。通過增強變頻器本體在設(shè)備內(nèi)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(shè)備宕機給生產(chǎn)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(yīng)用中，具體到大功率高安全、耐久型的高壓頻 器設(shè)計上，安全則應(yīng)體現(xiàn)在如下圖幾個方面。當然，我們對 安全生產(chǎn)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(nèi)置后備電源，確保系統(tǒng)不受控制電源的影響，避免 不必要的停機和設(shè)備失控。

　　功率單元采用自身直流供電與控制系統(tǒng)外供電源的方 式，實現(xiàn)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(zhuǎn)速指令輸入容錯機制。變頻轉(zhuǎn)速給定信號采用三路 冗余、容錯算法，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速負載的轉(zhuǎn)速指令穩(wěn)定性，降低 單通道故障失速風(fēng)險。

　　? 多處理器容錯

　　變頻主控系統(tǒng)采用雙CPU或多CPU處理器的方式，分擔(dān) 系統(tǒng)運算和控制風(fēng)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(xiàn)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(guān)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(xiàn)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(jié)構(gòu)

　　采用集成化焊接一體或壓接式結(jié)構(gòu)，縮減電氣鏈路連接 件，減少由于彈性連接器長期受熱應(yīng)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(shù)

　　功率單元旁路，是眾所周知的高壓變頻器產(chǎn)品常見安全 技術(shù)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(fēng)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(shù)值 可參照的后備數(shù)據(jù)或校驗數(shù)據(jù)的方式。軟儀表的應(yīng)用可大大 減低變頻器對于內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)絕緣擊穿時提供有效預(yù)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(jīng) 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(zhuǎn)類高速 壓縮機等機械系統(tǒng)的擾動，以及對生產(chǎn)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(chǎn)中 屢有發(fā)生。為了避免變頻器在運行中發(fā)生非可預(yù)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(yù)警、緊急警告、重故障保護四個層級限定風(fēng)險處理，為 運行人員留足應(yīng)急災(zāi)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(xiàn)可 預(yù)見故障處置，進一步控制和減低由于設(shè)備非停造成的生產(chǎn) 事故損害范圍和強度。

　　作為一款成熟的產(chǎn)品，高壓變頻器在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)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(shè)計和方法賦能于 產(chǎn)品，為客戶保護設(shè)備資產(chǎn)，實現(xiàn)連續(xù)安全生產(chǎn)。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(tǒng)的進階考驗——連續(xù)安全生產(chǎn)

　　自高壓變頻器產(chǎn)品在工業(yè)領(lǐng)域中開始應(yīng)用，關(guān)于如何 解決高壓變頻器故障情況下，被驅(qū)動負載恢復(fù)運行，實現(xiàn)生 產(chǎn)連續(xù)的話題就從未間斷。作為工業(yè)生產(chǎn)中重要主輔機調(diào)速 驅(qū)動的設(shè)備，高壓變頻器始終是高壓電氣系統(tǒng)中的一個“高 危”節(jié)點存在。

　　面向工業(yè)領(lǐng)域各種應(yīng)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(nèi)對高壓變頻器應(yīng)用系統(tǒng)化解決方案的探索與實踐從未停 止。

　　然而，現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)應(yīng)用已不再滿足于能夠”恢復(fù)生 產(chǎn)”、“快速恢復(fù)生產(chǎn)”這樣的基本需求。在超大規(guī)模應(yīng)用 的單體生產(chǎn)裝置關(guān)鍵負載中，更應(yīng)考慮如何減少高壓變頻器 宕機時的影響?；蚴窃谏a(chǎn)運行中，考慮如何實現(xiàn)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(chǎn)安全。

　　4 驅(qū)動系統(tǒng)級安全技術(shù)——工業(yè)生產(chǎn)

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

　　系統(tǒng)安全，主要是指一套具有一種或多種完整功能的 設(shè)備集合;在發(fā)生局部或多處故障時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)其持續(xù) 使用的連續(xù)性、穩(wěn)定性保證措施。高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)安全， 基于生產(chǎn)運行中的高壓變頻器設(shè)備之外，提供能夠保障高壓 變頻驅(qū)動系統(tǒng)連續(xù)輸出、驅(qū)動且滿足生產(chǎn)工藝連續(xù)調(diào)速的能 力。

　　更高等級的系統(tǒng)安全， 需要基于熱備(熱冗余)、容錯、 故障隔離、局部自愈、風(fēng)險限定等措施。在設(shè)備發(fā)生異常 時，高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)更需增強在運行中的系統(tǒng)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(shè)備宕機或設(shè)備檢修退出時，對驅(qū) 動系統(tǒng)所帶來的的不利影響，以及造成的損失。

　　目前，基于系統(tǒng)級關(guān)鍵生產(chǎn)裝置配套大功率高壓變頻驅(qū) 動系統(tǒng)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(qū)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(tǒng)。正常情況下，變頻器的功率單元承擔(dān)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(nèi)部實 現(xiàn)自動單元旁路，保證變頻器仍然能夠提供100%的驅(qū)動能 力。運行中，可根據(jù)生產(chǎn)需要可將負載轉(zhuǎn)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(fù)變頻運 行。

　　(2)雙機熱備冗余

　　一臺驅(qū)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(qū)動100%負荷的能力。正常情況下，兩臺變 頻器輸出并聯(lián)運行，各承擔(dān)50%負荷;一旦其中一臺設(shè)備故 障或需要檢修退出，則另外一臺變頻器承擔(dān)100%出力。

　　于負載而言，運行轉(zhuǎn)速不變，輸出功率不變，只是供電 側(cè)由兩臺變頻器同時驅(qū)動，變更為一臺變頻器單獨驅(qū)動。

　　(3)三機冗余容錯

　　一臺驅(qū)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(qū)動能力。正常情況下，三臺變頻

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

　　于負載而言，運行轉(zhuǎn)速不變，輸出功率不變，只是供電側(cè)的變頻器數(shù)量發(fā)生變化，實現(xiàn)變頻器風(fēng)險分攤。可允許任意一臺變頻器進行定期輪換維護檢修，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適用于超大規(guī)模裝置中關(guān)鍵高價值負載應(yīng)用需求。

　　在超大規(guī)模、高價值的應(yīng)用場景中，高壓變頻驅(qū)動的系統(tǒng)級安全策略也因變頻技術(shù)的推動而不斷迭代完善，以此滿足客戶對生產(chǎn)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(fù)雜、高融合性的系統(tǒng)解決方案，實現(xiàn)并推動超大功率高壓變頻應(yīng)用的技術(shù)進步，為客戶生產(chǎn)提供更可靠的保障。

　　利德華福創(chuàng)建于1998年，是國內(nèi)研發(fā)、生產(chǎn)和銷售高壓變頻器的專業(yè)制造商之一，生產(chǎn)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(chǎn)品研發(fā)中心和生產(chǎn)基地。