引言
哈爾濱九洲電氣股份有限公司高壓變頻試驗(yàn)站是目前亞洲最大的測(cè)試高壓變頻器的多功能試驗(yàn)站，是與羅克韋爾自動(dòng)化公司共同建造的，是針對(duì)中高電壓等級(jí)的變頻器進(jìn)行智能化帶載性能測(cè)試的試驗(yàn)場(chǎng)所。其所能測(cè)試的變頻器電壓等級(jí)為3kv～10kv，功率范圍設(shè)計(jì)最高可達(dá)到5000kw。
1 導(dǎo)語(yǔ)
在2007年節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境作為國(guó)家工作重點(diǎn)的大環(huán)境下，最有效的節(jié)能產(chǎn)品—高壓變頻器應(yīng)用越來(lái)越廣，但變頻器在出廠前全項(xiàng)帶載性能測(cè)試還停留在帶空載電機(jī)，或帶一些簡(jiǎn)單負(fù)載，不能模擬出現(xiàn)場(chǎng)不同負(fù)載的工況，無(wú)法測(cè)試出變頻器的各種性能指標(biāo)，因此建造一個(gè)能全面測(cè)試不同類型不同功率的變頻器全項(xiàng)帶載性能的試驗(yàn)系統(tǒng)就顯得非常必要，而rockwell公司的矢量控制4象限運(yùn)行的dtd型變頻器，使建立一個(gè)全面測(cè)試變頻器性能的試驗(yàn)系統(tǒng)成為可能。
2 電氣系統(tǒng)主要配置及作用
2.1 電力變壓器
考慮到以后試驗(yàn)站的擴(kuò)容，入戶變壓器由兩臺(tái)2500kva電力變壓器組成，初期一臺(tái)投入運(yùn)行，當(dāng)容量高于此值時(shí)，將投入第二臺(tái)變壓器，并聯(lián)運(yùn)行。
2.2 變頻變壓器
按最大裝機(jī)容量選擇專門針對(duì)被試逆變變頻器設(shè)計(jì)的原邊星/三角切換，副邊多繞組多抽頭組合選擇的多功能變壓器，最大功率6250kva，可以組合出6脈沖3kv、6kv、10kv，18脈沖3kv、6kv等電壓等級(jí)，針對(duì)不同變頻器給出不同電源動(dòng)力進(jìn)行實(shí)載測(cè)試。
2.3 高壓控制柜
配置了所有入戶開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、線路組合選擇開關(guān)、斷路器、刀閘等等。變壓器的星/三角轉(zhuǎn)換、電機(jī)的選擇及星/三角連接等都在此控制柜。
2.4 demo變頻器和逆變變頻器
配置了2臺(tái)rockwellautomation的powerflex7000變頻器，一臺(tái)功率是1000kw，專門用于帶動(dòng)電機(jī)組中1000kw的m1電動(dòng)機(jī)，主要用途是在沒(méi)有被測(cè)試變頻器時(shí)進(jìn)行帶載演示和電機(jī)檢修測(cè)試。另一臺(tái)的功率為2000kw，稱為regen變頻器，用于演示變頻器或被試變頻器帶載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加載，它接到再生電機(jī)m3，當(dāng)m1或m2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，令regen變頻器處于制動(dòng)狀態(tài)，以速度線性或平方比例對(duì)主軸加載，并將能量逆變回饋送電網(wǎng)，從而節(jié)省能源。
2.5 控制部分
該套系統(tǒng)控制部分核心是rockwell automation的controllogix系列plc控制器，變頻試驗(yàn)系統(tǒng)控制核心為rockwell automation的controllogix系列plc控制器，由cpu模塊、ethernet通信模塊、concholnet通訊模塊、i/o模塊等組成，控制高壓開關(guān)柜的各種連鎖，變頻變壓器的星/三角切換，輸出組別切換?？刂颇孀冏冾l器以速度線性或平方比例對(duì)主軸加載，接受上位機(jī)命令來(lái)完成各種指定操作。
2.6 上位機(jī)
上位機(jī)采用研華工控機(jī)。系統(tǒng)采用client/server架構(gòu)，多臺(tái)客戶機(jī)可以在不同位置通過(guò)ethernet訪問(wèn)服務(wù)器，并且控制各個(gè)受控部件進(jìn)行變頻器測(cè)試。
3 功能實(shí)現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10kv進(jìn)線側(cè)由電壓互感器柜、受電柜、1號(hào)變壓器柜、2號(hào)變壓器柜、計(jì)量柜組成，將10kv電網(wǎng)電壓通過(guò)兩臺(tái)進(jìn)線變壓器降為6.3kv電壓，6.3kv分別通過(guò)兩段受電柜接于兩段母線上， 6.3kv兩段母線通過(guò)斷路器隔離刀閘實(shí)現(xiàn)母聯(lián)，逆變變壓器一次側(cè)通過(guò)逆變變壓器控制柜與6kv母線連接，二次側(cè)通過(guò)10kv饋出柜、6kv饋出柜、3kv饋出柜、18脈沖饋出柜與被測(cè)變頻器連接，可以根據(jù)被測(cè)變頻器額定電壓選擇逆變變壓器輸出電壓（10kv、6kv、3kv），根據(jù)被測(cè)變頻器功率選擇電機(jī)功率。m1、m2電機(jī)作為負(fù)載電機(jī)，m3電機(jī)作為再生發(fā)電機(jī)接于逆變變頻器上，這樣就可以通過(guò)控制逆變變頻器以速度線性或平方比例對(duì)主軸加載，接受上位機(jī)命令來(lái)完成各種指定操作，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試目的。圖中g(shù)15開關(guān)柜是為以后擴(kuò)容成5000kw負(fù)載用的。一次系統(tǒng)圖如圖1所示。
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3.2 上位機(jī)組態(tài)
為了操作方便和安全，所有高壓操作都是通過(guò)上位機(jī)遠(yuǎn)程操作，因此需要設(shè)計(jì)如下界面。
3.2.1 母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)界面
實(shí)現(xiàn)功能：顯示1#、2#進(jìn)線變壓器輸出受電柜的開關(guān)狀態(tài)、6kv母線開關(guān)狀態(tài)及開關(guān)所處的位置（見圖2）。
圖2 母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)界面
3.2.2 開關(guān)操作界面
實(shí)現(xiàn)功能
（1）顯示變頻變壓器進(jìn)線開關(guān)、m1電機(jī)控制接觸器、m2電機(jī)控制接觸器、m3電機(jī)控制接觸器狀態(tài)顯示;
?。?）6kv母線電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)顯示;
?。?）變頻變壓器進(jìn)線斷路器控制g2“啟、停，按鈕”點(diǎn)擊控制g2合分;
（4）變頻變壓器星/角轉(zhuǎn)換鍵，控制變頻變壓器一次星接或角接;
（5）變頻變壓器輸出轉(zhuǎn)換鍵，根據(jù)被測(cè)變頻器類型選擇操作不同的轉(zhuǎn)換鍵。
通過(guò)圖3界面設(shè)置保證高壓操作的安全，可靠，防止誤操作的發(fā)生。
3.2.3 電機(jī)監(jiān)控界面
實(shí)現(xiàn)功能為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：
（1）檢測(cè)各個(gè)電機(jī)的軸承溫度、定子溫度;
（2）扭矩監(jiān)測(cè);
?。?）輸出功率監(jiān)測(cè)，保證電機(jī)正常運(yùn)行。
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3.2.4 regen變頻器控制界面
實(shí)現(xiàn)功能：通過(guò)此界面控制regen變頻器按照預(yù)先設(shè)定程序工作（見圖5）。
3.2.5階梯負(fù)載設(shè)定界面
實(shí)現(xiàn)功能：通過(guò)設(shè)定負(fù)載扭矩百分比和每一扭矩工作時(shí)間來(lái)控制regen變頻器按設(shè)定扭拒和時(shí)間輸出，從而使被測(cè)變頻器按階梯負(fù)載工作（見圖6）。
3.2.6 plc編程
?。?）用一個(gè)input模塊，一個(gè)output模塊，采集各高壓控制柜的高壓開關(guān)狀態(tài)，及電機(jī)扭矩溫度等模擬量，控制各高壓開關(guān)的合分，及開關(guān)之間的互鎖，并上傳到上位機(jī)。
?。?）regen變頻器給定命令編程，根據(jù)測(cè)試要求對(duì)regen變頻器給定命令編程，使其模擬不同工況工作，達(dá)到測(cè)試變頻器的目的。
?。?）與上位機(jī)通訊，接收上位機(jī)控制命令，并執(zhí)行，上傳設(shè)備狀態(tài)，在上位機(jī)上顯示。
3.3 regen功能實(shí)現(xiàn)
regen變頻器是采用羅克韋爾powerflex7000系列dtd型變頻器，輸入輸出采用sgct功率器件串聯(lián)，進(jìn)線側(cè)和電機(jī)側(cè)濾波電容中性點(diǎn)之間連接一電阻來(lái)消除共模電壓，這樣進(jìn)線側(cè)不需隔離變壓器，由于電流型變頻器直流環(huán)節(jié)是電抗器而不是電容器，并采用了對(duì)稱的功率器件，直流側(cè)電壓方向可以改變，因此可將電機(jī)電能回饋電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。如圖7所示。
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4 此系統(tǒng)可測(cè)試的功能項(xiàng)目
4.1 變頻器負(fù)載特性試驗(yàn)
變頻器的負(fù)載特性是變頻器的最重要的特性之一，一套變頻器轉(zhuǎn)矩特性的好壞，將直接影響用戶工況性能的優(yōu)劣。在本試驗(yàn)平臺(tái)上可以進(jìn)行：
?。?）與電機(jī)速度成正比例的負(fù)載特性試驗(yàn);
（2）與電機(jī)速度平方成比例的負(fù)載特性試驗(yàn);
?。?）階梯仿真負(fù)載特性試驗(yàn)，如圖8所示;
?。?）用戶自定義負(fù)載特性試驗(yàn)。
4.2 變頻器實(shí)載長(zhǎng)期考核及老化試驗(yàn)
根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)工況要求，設(shè)計(jì)好負(fù)載特性以后，讓被試變頻器按用戶規(guī)定時(shí)間長(zhǎng)期運(yùn)行，以考核被試變頻器的長(zhǎng)期可靠性。
4.3 變頻器功率器件溫升試驗(yàn)
在實(shí)載狀態(tài)下，測(cè)量被試變頻器功率器件的溫度變化情況，為用戶提供變頻器設(shè)計(jì)研發(fā)的必要技術(shù)數(shù)據(jù)。
4.4 變頻器變壓器溫升試驗(yàn)
在實(shí)載狀態(tài)下，測(cè)量被試變頻器變壓器的溫度變化情況，為用戶提供變頻器變壓器設(shè)計(jì)的必要技術(shù)數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
此高壓變頻器測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證（jze變頻器、rockwell變頻器都是經(jīng)過(guò)此測(cè)試系統(tǒng)的全項(xiàng)測(cè)試出廠的），此系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，安全可靠，對(duì)被測(cè)變頻器的各項(xiàng)試驗(yàn)都能達(dá)到滿意的效果，由于regen變頻器將再生發(fā)電機(jī)的電能饋送到電網(wǎng)，節(jié)省了能源。特別是對(duì)特殊負(fù)載特性的試驗(yàn)只要plc軟件編程就可以實(shí)現(xiàn)，極其方便。但也因其設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，需要有一定實(shí)力的公司才能建造。
（轉(zhuǎn)載）
