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5.8mw高压变频电源在水泵测试台中的应用

发布时间:2022-04-05 作者:张文勇

1前言

浙江利欧股份有限公司为中国微小型水泵行业第一家上市公司,中国最大的微型小型水泵、碎枝机系列产品制造商和出口商。湖南利欧泵业有限公司是利欧股份投资设立的全资子公司和工业泵生产基地,总投资5亿元,湖南利欧以大型立式斜流泵、轴流泵、中开双吸离心泵、多级离心泵、渣浆泵、脱硫泵、耐腐蚀化工泵及铝业工艺流程泵为主导产品,产品线涵盖二十多个产品系列、1000多个品种规格,广泛应用于水利、排灌、石油化工、化肥、矿山、冶金、电站、造纸、环保等行业的介质输送。公司按照iso9001:2008质量管理体系的要求,配备了先进的检测、试验设备,建立了完善的产品质量管理体系。


1 厂容厂貌

2 水泵测试中心

湖南利欧泵业有限公司水泵测试中心,本着高起点、高科技、高水平的建设原则,建设亚洲最先进、国内最领先的水泵测试中心为目的。测试中心占地面积4169m2 ,水池容量13900m3(亚洲最大,全国第一),最大起重能力80t,轨高17.5m。测试中心拥有深13.5m湿坑测试台、深7m长26m宽10m高气蚀干坑测试台以及3个低气蚀测试台,最大并联管道当量直径2.8m,最大测试流量118.000 m3/h,最高测试压力12mpa。

测试中心动力供电采用工频和变频两套运行系统,动力总配10kv、6kv、3kv、380v电源,工6个台位同时进行水泵测试。变频电源控制系统,可针对10kv/6kv/3kv/2300v/1140v不同电压等级电机水泵进行6-72hz变频测试。

测试中心采用全自动上位机测控系统,布置88个现场探头,可对整个测试中心全方位监控,采用高精度检测仪器仪表、传感器和计算机相结合自动测控、采集、处理、分析电力参数及流体参数,测试结果可自动进行显示、打印制表、绘制特性曲线(变速、变径、变角),系统不确定度分析。中央控制室与接待室数据可同步运行显示。

测试中心可以直接对轴流泵、斜流泵、立式蜗壳泵、双吸中开泵、多级泵、渣浆泵、悬臂泵等各种型式水泵进行实泵性能测试,可以真实地把握水泵的出厂性能以及水泵研发效果。

picture 6.jpg

图2 测试中心

3 风光高压变频电源性能参数

   3.1基本参数

    风光高压变频电源系统,以高可靠性、易操作、高性能为设计目标。高压变频电源系统采用新igbt功率器件,全数字化微机控制,有关电源基本参数如表1所示。

表1 风光高压变频电源基本参数

序号

名  称

参数

1

型式及型号

高-高方式jd-bp38-5800f

2

技术方案

多电平串联、电压源型、高高方式

3

系统输入电压(kv)

10

4

系统输出电压(kv)

0~10kv/6kv/3kv/2300v/1140v

5

系统输出电流(a)

400

6

额定容量(kva)

7300

7

额定输入频率/允许变化范围

45-55hz

8

对电网电压波动的敏感性

10%~-10%满载输出;降低35%以内降额连续运行;输入电压波动到额定电压65%以下或突然停电在3秒内恢复可立即再启动

9

变频电源效率

>96%(额定输出时,含变压器)

10

输入输出电流谐波

<3%

11

输入侧功率因数

>0.96(20%负载以上)

12

控制方式

多级正弦pwm控制

13

整流形式

二极管全桥整流

14

逆变形式

igbt单相逆变

15

过载能力

120%1min,150%立即保护

16

模拟量信号(输入)规格及数量

工业标准信号:4~20ma   1路

17

模拟量信号(输出)规格及数量

工业标准信号:4~20ma   2路

18

防护等级

ip31

19

操作键盘

人机界面

20

界面语言

简体中文

    3.2基本性能

    3.2.1性能参数

  • 变频电源为高-高结构,不需输出升压变压器,输出为单元串联移相式pwm方式。

  • 输出电压等级通过设置变频的输出额定电压、额定频率等参数进行改变。

  • 变频装置输出波形不会引起电机的谐振,转矩脉动小于0.1%。可避免水泵喘振现象。变频电源有三组共振点频率跳跃功能。

  • 变频装置对输出电缆无特殊要求,电机不会受到共模电压和dv/dt的影响。

  • 变频系统具有故障定位及记录功能。

  • 变频系统具有就地监控方式和远方监控方式。

  • 安装、设定、调试简便。

  • 功率电路模块化设计,维护简单。

  • 瞬时掉电再启动功能,中性点漂移功能。

  • 具有双路控制电220vac。

  • 内置plc,易于改变控制逻辑关系,适应多变的现场需要。

  • 可接受和输出4~20ma工业标准信号。

  • 完整的变频电源参数设定功能。

3.2.2保护功能

变频电源具有以下基本保护功能:

(1)过电压保护:检测每个功率模块的直流母线电压,如果超过额定电压的115%,则变频电源保护;此保护实际上包括了对电网电压正向波动的保护。

(2)过电流保护:电机额定电流的150%,立即保护。

(3)过载保护:电机额定电流的120%,每10分钟允许1分钟,超过则保护。

(4)过热保护:在主要的发热元件,即整流变压器和电力电子功率器件上放置温度检测,一旦超过极限温度(变压器130℃、功率器件80℃),则保护。

    3.3高压变频电源系统

高压变频电源系统采用直接“高-高”变换形式,为单元串联多电平拓扑结构,主体结构由多个功率模块串联而成,从而由各组低压叠加而产生需要的高压输出,它对电网谐波污染小,输入谐波畸变小于3%,直接满足ieee519-1992的谐波抑制标准,输入功率因数高,不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置;输出波形质量好,输出电压谐波畸变小于2%,不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,不必加输出滤波器,就可以使用普通的异步电机。

    3.3.1电源系统拓扑结构

变频电源装置0-10kv输出,每个系统共有24个功率单元,每8个功率单元串连构成一相,其系统结构如图3所示。

picture 1.png

图3变频电源系统结构示意图

3.3.2功率单元

每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电,功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘,二次绕组采用星形折边接法,实现多重化,以达到降低输入谐波电流的目的。每个功率单元结构上完全一致,可以互换,为基本的单相逆变电路,整流侧为二极管三相全桥, igbt逆变桥的控制方式为pwm控制,并且有自动单元旁路功能,大大提高系统运行的可靠性。

3.3.3功率柜

柜内主要对功率单元进行组合,通过每个单元的u、v输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的pwm波形进行重组,得到非常好的pwm波形,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无须输出滤波器就可以输出电缆长度很长,电机不需要降额使用。

3.3.4控制柜

控制器采用32位高速dsp芯片,精确的算法保证电机达到最优的运行性能。彩色嵌入式人机界面提供友好的全中文监控和操作界面,同时可以实现远程监控和网络化控制。控制器包括一台内置的plc,用于柜体内开关信号的逻辑处理,以及与现场各种操作信号和状态信号(包括dcs/rs485//modbus)的协调,并且可以根据用户的需要扩展控制开关量。控制器与功率单元之间采用光纤通讯技术,低压部分和高压部分完全可靠隔离,系统应具有极高的安全性,同时具有很好的抗电磁干扰性能。

3.3.5变压器柜及风机

主要包括为功率单元供电的移相变压器,输入侧的电压、电流检测器件,以及温度检测器件温控器。变频电源功率柜顶部和变压器柜顶部所配冷却风机。干式变压器绕组底部也配有冷却风机,由温控仪检测变压器绕组温度进行控制。

3.4变频电源主回路

 变频电源主回路如图4所示。变频电源能任意拖动10kv/3500kw或6kv/3500kw电机,以及3kv/2300v/1140v等电压等级电机水泵测试实验。例如拖动10kv/3500kw,变频电源参数的输出额定电压需设为10kv,过流保护值,输入测试水泵电机铭牌参数。如需测试其他电压等级的水泵电机,则只需按照设定为相应的输出电压等级,及相应参数即可。

图片 31.png

图4 高压变频电源主回路

3.5高压变频电源操作规程

首先要确定变频电源拖动的水泵电机是6kv/3500kw还是10kv/3500kw,或者其他电压等级的水泵电机。控制电送电后,除设置人机界面基本参数外,需另外设置变频电源的输出电压、过流保护等参数,以及输入电机铭牌数据后,方可送高压电。

 3.5.1变频启动

(1)送控制电

将控制柜内断路器合上,按住ups的开机按钮两秒钟,听到“滴”的一声后, ups启动,人机界面启动,自动进入监控程序。

(注:ups开启后8#指示灯闪烁,每隔2分钟蜂鸣一次,则说明断路器前的220vac火线零线颠倒或市电异常;若10#指示灯闪烁则说明电池电压异常或充电板或电池损坏,应检查,绝对不允许在控制电未送上的时候送高压电)

(2)送高压电

操作原系统的开关柜,将高压电送至变频电源的进线柜,变压器柜上的温控仪显示温度时或进线柜上的高压带电显示装置指示灯闪烁时,表示高压电已送,3秒钟后,进线柜中接触器km1闭合 ,高压电送电完毕,变频电源处于就绪状态,可以根据需要开机.

(3)变频开机

开机方式有2种:本控和外控。

如果需要本地运行,请设置为本控状态。然后按下柜门上的【开机】按钮或人机界面上的【变频启动】按钮,变频电源启动,根据需要在人机界面上频率设定框中进行设定频率。

若需多段速运行,则进行一、二、三段速频率的设置,使变频电源按设定的段速频率拖动电机运行。

如果需要远程运行,请设置为外控状态。在远控dcs室操作变频启动按钮,变频电源启动。若选择速度段给定,则根据实际需要,选择相应的速度段,并设置相应的频率值。使变频电源按设定的频率拖动电机运行。

注明:输出频率显示,当变频电源停机时显示给定频率的数值,开机运行后,显示的是运行频率的数值。

3.5.2变频停止

正常停机:若选择“本控”操作,按柜门上的【停机】或人机界面的【变频停止】按钮后,变频电源开始按设定的下降时间进行停机,频率降为0后,变频电源处于待机状态,可以根据需要再次开机。

选择“外控”操作后选择外控装置的“停机”按钮。停机过程同“本控”类似。

若是日常维护,则需断电,先操作原系统切断高压,五分钟后,将ups关掉,方法是按住停机按钮,即关闭ups,然后将柜内断路器拨下,这样控制电断掉。

3.5.3 紧急停止

若变频电源有故障或其他紧急情况,操作急停按钮断开高压电。(严禁高压电未断的时候,切断变频电源的控制电源。)

4 高压变频电源在水泵测试台使用效果

 该设备自投运以来,与以往类似系统相比,存在明显的优势。如图5所示。高压变频电源测试6kv电机水泵的测试界面,高压变频电源视在功率1800kw,有功功率1577kw,输入电压10.43kv,输出电压5.95kv,输入电流155.1a,输出电流182.8a,输出频率49.60hz,测试实验非常方便。高压变频电源现场运行如图6所示。

(1)山东新风光电子科技发展有限公司生产的 jd-bp38-5800高压变频电源所有部分装在配电柜内,不需要另外的电抗器、滤波器等设备装置。体积小,结构紧凑,安装简单,现场配线少,调试周期短,投入生产快。

(2)高压变频电源的运行参数及各种指示在触摸屏均有显示。

(3)电源带有标准通讯接口,上位机可以通过通讯完全集控变频电源。

(4)变频电源非常方便实现测试各种电机水泵测试需求,只需设定相应的参数即可,可任意拖动10kv/6kv/3kv/2300v/1140v等电压等级,不超过400a电流,6-72hz水泵完成测试各种实验。

(5)具有与进口设备同样的的测试效果,大大降低了水泵测试成本。

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