1 用戶情況

　　盈德氣體集團成立于2001年，以空分業(yè)務(wù)起家，目前已在國內(nèi)投資建設(shè)近百套空分，廣泛分布于全國各地， 規(guī)模和產(chǎn)能等占有絕對的市場優(yōu)勢。以空分業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)， 盈德氣體集團繼續(xù)深耕工業(yè)氣體市場，大力發(fā)展合成氣、特氣、液體銷售與配送等業(yè)務(wù)，均取得了不俗的成績?；浶景雽?dǎo)體是國內(nèi)第一座以虛擬IDM為營運策略的12英寸芯片廠， 主要服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G等前沿領(lǐng)域，2018年底，盈德氣體集團與廣州粵芯半導(dǎo)體公司達成協(xié)議，在其項目內(nèi)投資新建、運行并管理一個大宗氣體供應(yīng)站，滿足粵芯半導(dǎo)體的多種氣體需求。廠區(qū)現(xiàn)場如圖1所示。

圖 1 用戶廠區(qū)

　　盈德氣體現(xiàn)場新建大綜氣站項目，其中2 #進線容量為4000kV A，配備一臺型號SC11-4000kV A 20kV±2×2.5%/10kV主變，后級所帶負(fù)荷分別有： 一臺1250kVA 的動力變( 廠內(nèi)低壓負(fù)荷) 、一臺容量600kVar的電容柜、一臺功率1600kW的CAD空壓機。進線容量設(shè)計太小。如果使用普通的軟起動，根據(jù)經(jīng)驗沖擊電流在2-3倍電機額定電流左右，全額生產(chǎn)后設(shè)計的進線容量無法啟動空壓機負(fù)載，用戶設(shè)計的時候只能考慮的使用變頻器啟動方案，且需要轉(zhuǎn)工頻的無擾切換功能。

　　2 現(xiàn)場設(shè)備情況

　　空壓機現(xiàn)場如圖2所示。參數(shù)如表1所示。

　　圖 2 空壓機負(fù)載現(xiàn)場

經(jīng)過多方對比，客戶最終選擇了新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP38系列產(chǎn)品，軟啟動1600kW的空壓機電機，采用“一拖一”自動切換方案?！　?/p>

 3風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻系統(tǒng)技術(shù)特點

　　風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器榮獲“中國名牌”稱號，新風(fēng)光公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD- BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度傳感器矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高

　　-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)遠小于IEEE519 -1992 的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。

　　3.1 JD-BP38-800F高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)

　　JD-BP38-800F高壓變頻器技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

　　3.2 JD-BP38-800F高壓變頻器技術(shù)特點

　　具體來說，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外，還具有以下突出特點：

　　(1) 高性能矢量控制，啟動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)速精度高，帶負(fù)載能力強，提高設(shè)備運行的平穩(wěn)性;

　　(2) ) 振蕩抑制技術(shù)， 采用優(yōu)越的電流算法， 有效地抑制輕載電機電流的振蕩，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作;

　　(3) ) 快速飛車啟動技術(shù)，特別適用于(如水泥廠高溫風(fēng)機)變頻保護后的重新啟動，可實現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護狀態(tài)復(fù)位重新帶載運行;

　　(4) ) 電網(wǎng)瞬時掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動重啟，可提供最長60s的等待時間;

　　(5) 線電壓自動均衡技術(shù)。變頻器某相有單元故障后，可保證最大的線電壓均衡輸出;

　　(6) ) 工、變頻無擾切換技術(shù)，該技術(shù)可滿足多電機綜合控制及大容量電機軟啟動的需要;可以實現(xiàn)大容量電機雙向無擾動投切，能有效保證生產(chǎn)的正常進行;

　　(7) ) 輸出電壓自動穩(wěn)壓技術(shù)，變頻器實時檢測各單元母線電壓，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實現(xiàn)自動穩(wěn)壓功能;

　　(8) ) 故障單元熱復(fù)位技術(shù)， 若單元在運行中故障， 且變頻器對其旁路繼續(xù)運行，此時可在運行中對故障單元進行復(fù)位，不必等變頻器停機;

　　(9) ) 多種控制方式， 可選擇本機控制、遠控盒控制、 DCS控制，支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議，頻率設(shè)定可以現(xiàn)場給定、通訊給定等，支持頻率預(yù)設(shè)、加減速功能;

　　(10)單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握;

　　(11)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍;

　　(12)具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生;

　　(13)限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動限制電流輸出， 避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護， 最大限度減少停機次數(shù);

　　(14)故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復(fù)位，繼續(xù)運行。

　　4 變頻改造方案

　　4.1 改造控制方案

      現(xiàn)場空壓機先閥門關(guān)閉，使用變頻器無負(fù)載啟動，啟動完畢后，使用變頻器“勿擾切換”功能，實現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)工頻，空壓機再進行逐步加載。空壓機空載時幾乎等同于空電機啟動工況，根據(jù)相關(guān)設(shè)理論計要求2/3的容量既可以滿足空載啟動要求，又根據(jù)相關(guān)應(yīng)用案例，該項目最終選用一個功率800kW變頻器作為CAD空壓機(1600kW) 的啟動設(shè)備。

　　4.2高壓變頻器主回路控制方案

　　根據(jù)現(xiàn)場要求，空壓機采用“一拖一”運行方式，配置自動旁路柜，其一次電路如圖3所示。

圖 3 自動旁路柜

　　高壓變頻器變頻切換工頻的控制系統(tǒng)，包括高壓變頻器、輸入接觸器KM1、變頻接觸器KM3、工頻接觸器KM4和工頻采樣模塊，高壓變頻器通過輸入接觸器KM1 與電網(wǎng)相連接，高壓變頻器通過變頻接觸器KM3 與電機相連接，電機通過工頻接觸器KM4 與電網(wǎng)相連接，高壓變頻器通過工頻采樣模塊采集工頻電網(wǎng)電壓的幅值、頻率、相位和工頻接觸器KM4的電流。

　　高壓變頻器可以控制輸入接觸器KM1、變頻接觸器KM3和工頻接觸器KM4的合分，以實現(xiàn)變頻切換工頻的無擾切換。實現(xiàn)過程如下：

　　(1)高壓變頻器通過工頻采樣模塊采集電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相位信號及工頻接觸器KM4 的電流大小信號;

　　(2)調(diào)整高壓變頻器的輸出電壓與電網(wǎng)電壓一致;

　　(3)吸合工頻接觸器KM4;

　　(4) 判斷工頻接觸器KM4電流大小，若工頻接觸器KM4電流大于預(yù)設(shè)值，封鎖高壓變頻器輸出;

　　(5)斷開變頻接觸器KM3。

　　5 “無擾切換”工作原理

　　本方案實現(xiàn)過程框圖如圖4所示。

　　圖 4 “無擾切換”工作原理框圖

　　工作原理和工作過程如下：工頻采樣模塊包括電壓采樣電路和電流采樣電路：電壓采樣電路信號通過單片機信號，分解成電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相位信號，通過光纖通訊電路1，發(fā)送給高壓變頻器的主控系統(tǒng)，用于主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)高壓變頻器的輸出電壓幅值、頻率和相位，與電網(wǎng)一致;電流采樣電路信號，經(jīng)過整流濾波成直流信號，與電路中的三角波進行比較，生產(chǎn)PWM信號， 通過光纖通訊電路2發(fā)送給高壓變頻器的主控系統(tǒng)，以便高壓變頻器的主控系統(tǒng)根據(jù)PWM信號的脈寬進行電流大小的判斷; 光纖通訊電路1與光纖通訊電路2的區(qū)別在于，光纖通訊電路1 為串口通訊，周期性發(fā)送數(shù)據(jù);光纖通訊電路2 是將PWM信號轉(zhuǎn)換為光信號， 實時發(fā)送， 以保證高壓變頻器的主控系統(tǒng)能夠及時的響應(yīng)電流變化。

　　高壓變頻器在接收到轉(zhuǎn)工頻信號時，高壓變頻器的主控系統(tǒng)調(diào)整高壓變頻器的輸出電壓與工頻采樣模塊上傳的工頻電網(wǎng)電壓一致;然后吸合工頻接觸器KM4 ，同時判斷工頻接觸器KM4的電流;當(dāng)檢測到工頻接觸器KM4上的電流大于預(yù)設(shè)值時，主控系統(tǒng)判斷KM4 已吸合，然后封鎖高壓變頻器的輸出、停機;防止高壓變頻器與電網(wǎng)之間形成環(huán)流;高壓變頻器停機后斷開變頻接觸器KM3 ， 變頻切換工頻過程完成。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案在不增加高壓變頻器輸出電抗器的條件下，實現(xiàn)了電機變頻切換工頻電源不間斷的控制過程;解決了變頻轉(zhuǎn)工頻離線切換方式下對電機的沖擊電流的問題，解決了變頻轉(zhuǎn)工頻在線切換方式下需要增加電抗器的問題。

　　6 變頻改造效果

　　盈德氣體集團1600kW空壓機采用變頻改造后，改造達到了預(yù)期目的。高壓變頻器現(xiàn)場如圖5所示。人機界面如圖6所示。

　　變頻器拖動空壓機在空載情況下進行軟啟，在達到50Hz后，通過“無擾切換”功能，把空壓機由變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)，電機無負(fù)載啟動時電流21A，在切換時， 觀察開關(guān)柜在轉(zhuǎn)工頻時電流最大為23A，不解決了現(xiàn)場轉(zhuǎn)工頻瞬間沖擊電流過大的問題。轉(zhuǎn)工頻瞬間電流變化波形如7所示。

　　圖 5 高壓變頻器現(xiàn)場圖

　　圖 6 人機界面

　　圖 7 變頻轉(zhuǎn)工頻電流變化波形圖

　　軟起動尤其是超大功率設(shè)備的啟動設(shè)備，有比較大的市場。

　　通過使用變頻器啟動相對其他軟起動方案，啟動電流相小，減小了占網(wǎng)容量(占網(wǎng)容量費可以按照23. 3元/1kVA計算)，節(jié)省了投資成本。

　　相對該現(xiàn)場小容量變頻啟動大容量設(shè)備也節(jié)約的設(shè)備購買成本與多數(shù)廠家使用加電抗器柜抑制切換瞬間的電流的方案相比，本方案通過算法及控制優(yōu)化實現(xiàn)無擾切換功能，具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。

　　7 結(jié)束語

　　綜合看來，盈德氣體集團1600kW空壓機采用新風(fēng)光公司高壓變頻器進行改造，解決了空壓機的啟動難題，降低了投資成本，對保證全廠生產(chǎn)的正常順利運行起著重要的作用。在類似的場合應(yīng)用，具有借鑒意義。

作者：新風(fēng)光電子科技股份有限公司 徐西甲 邵景紅 田玉芳浙江智?；ぴO(shè)備工程有限公司 孫彬 葛欣欣