PowerFlex700变频器的工程施工注意事项

高涛

（山东鲁能慧通科技有限责任公司，山东济南250100）

随着工业经济和发电规模的增长，我国西部和西北部在煤矿附近新建了越来越多的空冷火力发电机组，既能减轻煤炭运输的压力，方便电能量的传输，又克服了当地水资源匮乏的局限，但是空冷机组的冷却风机数量庞大，每台机组大约需要15～30台风机，因此必须采用变频技术，才能降低厂用电率，达到节能降耗的目的。

PowerFlex700变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理，很容易造成变频器的误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。本文根据工程情况，提出了变频器的若干注意事项，供相关设计人员和技术人员参考。

1 海拔高度的影响

在设计和施工中，几乎很少有人注意海拔高度对变频器的影响：从下图可以看出，海拔高度如果达到2 000 m，其最大功率下降了6%，而且海拔高，空气稀薄，散热效果差。

因西北部地区海拔较高，建议在变频器容量选型时，充分考虑海拔高度的影响，如正常按照变频电机容量要求应该选择100 A的变频器，就提高一档选择125 A的，这样才能充分保证在炎热的夏季里，变频器能够重负荷运行。

图1 变频器输出电流与海拔高度的关系

2 室内空间及温度环境

变频器内部全是由大功率晶闸管、可控硅等器件组成，发热量大，温度高，很容易造成电子器件的击穿或老化，导致损坏或使用寿命缩短。例如AB变频器、PowerFlex变频器要求在运行时，其表面温度应该在40℃以下，对环境温度要求非常高。

变频器电气室的布置及散热情况，直接影响着变频器的环境温度，对变频器的运行和使用寿命影响最为重要。

在某4×200 MW空冷机组工程中，采用PowerFlex 700变频器，16台变频器布置在一个房间中，每8台变频器布置在一排（见图2）。图中变压器参数为1 250 kVA、6.3 kV/400 V，采用三相四线制中性点接地系统接线。

变频电气室比较狭窄，设置了一台功率为2 kW的空调。在夏天负荷较重时，室内温度经常达到40℃摄氏度以上，变频器外壳温度约55℃。因室内空调设计容量小，不得不临时采用风扇强制对流的方式，给变频器降低温度。其后果造成多台变频器功率单元烧毁。

图2 变频电气室布置图

另外，变频器柜散热也是一个值得注意的地方。在选择机柜风扇时一定要根据变频器功耗选择散热风扇的尺寸及大小，确保散热风扇电源稳定，可靠运行，维持变频器的正常散热。

环境温度高，很容易造成变频器内部器件损坏，如上述工程中，就有3台变频器频繁出现接地故障报警，造成冷却风机跳闸。变频器运行一段时间报出F13接地故障，如果复位后可以继续使用，过段时间继续报此故障。接地故障报警的原因，是高温造成变频器内部CT绝缘击穿，频繁报故障并导致冷却风机跳闸。

因此对于环境温度，不仅要从初始的土建、电气及暖通设计，到以后的变频器柜成套，均要充分考虑散热问题，才会保证变频器的正常温度要求，保证变频器的稳定运行，延长元器件的使用寿命。

3 载波频率

载波频率，就是决定逆变器的功率开关器件（如IGBT）的开通与关断的次数的频率。载波频率是变频器的重要运行参数，直接影响变频器和变频电机的运行。下面谈谈载波频率的影响：

3.1 对变频器输出电流的影响

（1）运行频率越高，则电压波的占空比越大，电流高次谐波成份越小，即载波频率越高，电流波形的平滑性越好；

（2）载波频率越高，变频器允许输出的电流越小；

（3）载波频率越高，布线电容的容抗越小（因为Xc=1/2πf C），由高频脉冲引起的漏电流越大。

3.2 对电机的影响

载波频率越高，电机的振动越小，运行噪音越小，电机发热也越少。但载波频率越高，谐波电流的频率也越高，电机定子的集肤效应也越严重，电机损耗越大，输出功率越小。

3.3 对其他设备的影响

载波频率越高，高频电压通过静电感应、电磁感应、电磁辐射等，对电子设备的干扰也越严重。因此要主要与周围设备的布置，并其电缆桥架和敷设尽量单独走向，以免干扰其他设备的运行。

3.4 载波频率对变频器自身的影响和对温度的要求

载波频率越大，变频器的损耗越大，输出功率越小。如果环境温度高，逆变桥上下两个逆变管在交替导通过程中的死区将变小，严重时可导致桥臂短路而损坏变频器。以PowerFlex700变频器为例，载波频率与输出功率、温度的关系见图3。

PWM载波频率一般默认为4 kHz，然而从图3可以看出，如果变频器满负荷运行时，其对应的环境温度要求为20℃，否则很容易造成桥臂短路烧毁。可以通过增加变频器容量，使其低负荷运行，提高环境温度上限；也可以通过降低载波频率定值，提高环境温度上限。如图所示，载波频率如果为2 kHz，其满负荷运行时环境温度要求就可以是40℃。

图3 载波频率与输出功率、温度的关系图

在实际使用中，要综合以上数点，合理选择变频器的载波频率。一般电动机功率越大，载波频率选项得越小。

4 结束语

交流电机变频调速，是当今节约电能、改善生产工艺流程、提高产品质量以及改善运行环境的一种主要手段。高效率、高功率因数以及优异的调速和启制动性能等诸多优点，针对飞速增长的变频器应用，我们应该在设计、施工、调试中，重视各个环节，才能减少设备故障，延长设备寿命，更好的实现节能降耗作用。

[1]韩安荣.通用变频器及其应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]Allen-Bradley.PowerFlex700交流变频器用户手册[K].北京：Publication 20B-UM001A-ZH P May,2002.

[3]郑旭东，关鸿权，吴赤兵.通用变频器运行过程中存在的问题及对策[J].石化技术，2001，(4)：48-40.

[4]李方园.变频器自动化工程实践[M].北京：电子工业出版社，2007.