高压变频器应用环境的研究与分析

杜辉

摘    要：随着我国社会经济的发展，国家对节能降耗提出了新的要求，高压变频器的技术日渐成熟和广泛应用，使得高压变频器的应用广度和深度都得到不断地强化。因此，本文对3kV变频器应用进行了简单分析。

关键词：3kV变频器;应用环境

1  引言

近些年来，电力电子技术及计算机控制技术发展迅速，涌现出了一些新型的器件，改善了原有系统的不足之处。我们平时所说的高压变频器，输入的电源电压一般都在3kV以上，属于大功率变频器。就目前的国内市场来看，电压等级从3kV～10kV不等，种类也有高-低-高、低-高和高-高之分。对于传统的高压变频器，主要包含可控硅整流、硅逆变等结构，存在许多不足之处，其产生的谐波将影响到电网和电机的正常使用。

2  3kV变频器的应用

2.1  3kV高压变频器在应用安全性分析

依据高变频器调节原理，其启动频率不高、转速低以及电流小，在运行期间较为平稳等方面的优点，使得实现了“软起动”目标，该目标的实现，有效避免了以往工频起动过程中，大电流转矩给电击、电缆以及开关等带来的冲击，这在一定程度上有效延长了设备的应用寿命。受到产品使用环境、运行参数设置以及认为操作等方面因素的影响，高压变频器在应用期间会常常出现一些故障，这些故障降低了变频器的应用效率，更加影响了其运行安全性。例如某年某发电厂在应用高压变频器期间，出现了几次跳停故障，这导致锅炉出现了灭火现象，导致发电机组被迫减少负荷。这不仅给公司的安全生产带来了负面影响，同时也给公司的经济带来了极大的冲击。

2.2  环境改造建设空间具有局限性

首先是建设空间的局限性，空间位置具有局限性，为降低超高压变频器的基础建设投资，以及提高改造效率，优化高压变频器的工作环境，一般对我国现有的3kV变频器等超高压变频器采用改造的方式，空间的局限性使后期追加项目很难实施。其次技术接口的不对称，在现有的3kV变频器中存在大量落后的技术，随着技术的不断发展，与当前技术接口存在一定的不适应性，阻碍了3kV变频器的运行环境的改进。

2.3  导致超高压变频器事故的环境因素多样

我国国家电网建设已经非常完善，在很多高能耗的企业需要单独使用高压变频器，其中3kV变频器应用在海边火力发电厂，其工作环境恶劣，并不能保证3kV变频器应用环境的恒定，沿海火力发电厂使用的3kV变频器应用环境，昼夜温差大、高粉尘、高腐蚀性，沿海地区湿度、盐度大，恶劣的使用环境严重影响了火力发电厂3kV变频器的运行的稳定性。根据相关调查，重工业企业由于变频器事故导致断电，造成的经济损失不断的加剧，严重影响企业的正常生产。我国在超高压变频器的特殊环境应用以及野外应用环境方向的研究，投入很大，运行环境是当前额待解决的重要问题。

2.4  高压变频器对运行环境适应状态

高压变频器在工作中会有能量的消耗，通过热量的方式散失，应用环境的不同对能量的损耗有一定的影响，一般产生3%～4%的热量损耗，3kV变频器的干式变的冷却方式多为横流风机和轴流风机相结合的冷却方式，在风机的作用下将外部的粉尘吸附进变压器，使变压器的环境变得恶劣，在当前的3kV变频器工作不稳定的原因主要是由于工作环境变化导致的电路板中电阻、电容的特性变差，由于变压器的工作环境具有多样性，而变压器生产制造具有通用性，不具有特殊工作环境的针对性，严重时导致故障。在当前的3kV变频器的功能设计中，缺少温度稳定系统，对于一些对温度高敏感性的电气元件，温度的影响性越大。严

2.5  3kV变频器应用特设环境

随着我国对能源开发方向的转变，逐渐的降低煤炭的使用量，因此逐渐从大陆能源开发向海上能源开发，当前海上作业平台等需要一体化的高压变频器，一般采用整体撬装运输，结构设计为“撬体结构”，以适应特殊的工作平台和安全条件。像沿海火力发电厂高压变频器的应用需要解决防爆、防腐、防潮、防盐雾、防高温暴晒、超低温运行等作业环境，对3kV变频器的整体性提出了较高的要求。

3  当前3kV变频器设备分析

3.1  3kV变频器设备的工艺流程与装配模块化

首先，当前超大型的变频器一般采用现场装配作业，并没有实现工艺流程的模块化，因此在3kV变频器设备的安装中会出现与使用环境和使用空间不协调的问题，另外安装精度不能有效保障，工作效率低下，在后期运行中不能有效发挥3kV变频器设备的电力配置作用，系统运行不够稳定。其次保证3kV变频器设备产品质量，保证在出厂前进行安装运行环境的有效测试或者虚拟现实模拟测试，从应用环境层面进行层面保障更加可控由于设备出厂前组装、调试完毕后，即被固化下来。

3.2  整体设计、调试标准的一体化

3kV变频器的使用一般需要特定的厂房，并对其进行封闭性处理，但是由于安装空间已经装配空间需求限制，基建项目周期很难控制，因此基于3kV变频器的模块化设计，将产品的主要零部件的安装在生产现场完成，根据由于采用产品生产将现场的安装和空间需求在产品制造过程中解决，因此，节省了后期大量的基建工程项目，有效解决3kV变频器安装中基建投入大、安装精度不高的问题。

3.3  对电网电压波动的适应能力

当母线上电动机成组自起动、当母线上最大一台电动机组起动时对变频器运行的影响，这与变频器允许的输入电压波动范围参数有关。球团变频器设计中队电网电压适应范围为：65%～115%，当电网瞬时停电或有大型用电设备成组运行时母线电压跌落至65%以下导致变频器停机，在设定时间内当母线电压恢复正常后，变频器能自动搜索电机转速，实现无冲击再启动，可设定的高压掉电时间长达30s。

3.4  对自身小故障的承受能力

高压变频器具有单元旁路功能，即某个功率单元出故障时该单元应能够自动退出，整个系统可持续带故障运行，这实际是一种冗余设计技术。此时应注意单元旁路后对变频器带载能力的影响，主要考虑变频装置每相功率单元个数、控制系统的电压补偿。单元串联越多，故障概率越大，单个单元故障对输出能力的影响越小，二者应折中取舍。

4  可行性應用分析

基于3kV变频器应用技术方案采用“户外箱式变频器”。户外箱式变频器结构的开发成功，解决了高压变频器应用过程中的投资成本，提高了系统的适配能力。户外箱式变频器的出现，解决了变频器到现场需要安装再调试的问题。目前，通常高压变频器都要进行分体运输，到现场就位后再进行设备组装、接线调试。这与设备在生产中进行整机组装测试，通过多个独立部门进行实施和工序控制，最后通过品质部进行检验出厂的流程控制而言具有不确定性。

参考文献：

[1] 崔建新.关于电厂中大容量电动机采用变频器的分析[J].黑龙江科技信息，2010.

[2] 宁华.利用高压变频器对600MW机组进行节能改造[J].中国设备工程，2010.

[3] 赵睿敏.高压变频器在水泥行业的应用[J].河南建材，2009.