摘 要：针对6 kV电机在燃气轮机电厂运行中的重要程度，研究了一拖二的高压变频器切换方式，采用同步投切和“飞车”切换的方法和步骤。相对于传统切换方式，新的切换方式不仅简单、方便、节电，而且能防止误操作。
关键词：变频器；同步投切；“飞车”切换；误操作
中图分类号：TM921.51 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.076
中海油珠海天然气发电有限公司一期建有2套460 MW的M701F4双轴联合循环机组，每套机组包括1台低NOx燃气轮机、1台燃机发电机、1台蒸汽轮机、1台汽机发电机和1台无补燃三压再热型余热锅炉及其相关的辅助设备。
随着低碳经济和节能意识的深入，为了提高机组的运行效率，改善电机的运行性能，降低厂用电率，机组在招投标时，6 kV高压给水泵、闭式水泵和凝结水泵选用施耐德生产的ATV1200系列的变频器。该变频器采用“一拖二”的运行方式，即2台泵共用1个变频器。定期切换制度是运行“两票三制中”的一项重要制度。对于长期变频运行的机组，特别是供热机组，采用传统的变频器切换方式，2台泵将分别启动2次，不仅切换时间长，而且对6 kV电机的损伤大，还可能发生误操作。同步投切和“飞车”启动在变频器的启动中已有应用，但是，2种方式在变频器的切换中基本未被采用。本文所述内容可以在一定程度上弥补变频器切换的不足，它将在电厂运行中得到广泛的应用。
1 变频器的组成和电气闭锁
对于一拖二的变频器，一般结构包括6 kV工频和变频共用开关QF1、QF2，变频器进线接触器KM41和KM51，变频器出线接触器KM42和KM52，工频接触器KM43和KM53，电
抗器和电抗器旁路接触器QF0，如图1所示。
泵运行时，有工频运行、变频运行和工频备用3种状态，图1以A泵工频或变频运行，B泵工频备用为例，其中，QF1为A泵6 kV开关，QF2为B泵6 kV开关。具体情况如下：①A泵工频运行，KM43在合位，QF1在合位，KM41和KM42在分位；②A泵变频运行，KM41、KM42和QF1在合位，KM43
在分位；③B泵工频备用，KM51、KM52和QF2在分位，KM53在合位。
为了避免变频器开关、接触器之间误操作，变频器设置了电气闭锁，主要有以下3种：①KM41（KM51）和KM43（KM53）闭锁。高压给水泵变频切换采用同步投切为工频，当KM41（KM51）在合闸位时，KM43（KM53）可以合闸，但是，当KM43（KM53）在合闸位时，KM41（KM51）不能合闸。凝结水泵和闭式水泵变频切换采用“飞车”切换的方式，当KM41（KM51）在合闸位时，KM43（KM53）不能合闸，同理，当KM43（KM53）在合闸位时，KM41（KM51）不能合闸。②KM41和KM51闭锁。当KM41在合闸位时，KM51不能合闸，保证只有一台变频器运行。③KM41（KM51）和KM42（KM52）闭锁。KM42（KM52）只有在QF1和KM41（KM51）在合闸位置，变频器带电处于待机状态下，才允许合KM42（KM52）。这样做主要是防止在切泵的过程中电机的残压对变频器反送电。
2 同步投切
变频器同步投切是指变频器变频与工频之间无扰的切换方式，利用锁频锁相技术，使变频器输出电压的频率、幅值和相位与工频电压的频率、幅值和相位保持一致，让负载从变频平稳切换到工频，防止因变频器输出电压与工频电压之间存在相位差而产生冲击电流，损坏设备，要在工作中真正实现不停电切换。
同步投切的关键技术是变频器中含有1台电抗器和1台真空接触器，当进行同步切换时，需将电抗器接入运行，电抗器起到抑制涌流的作用，使电流不会突变。同步投切包括变频投工频和工频投变频2种。
变频投工频是指原先负载处于变频运行方式，变频器收到同步投切指令后，将变频器的频率升至工频，变频器输出通过电抗器后锁定工频的电压、幅值和相位，然后将工频输出开关合闸，变频器和工频并列运行向负载供电，再将负载从变频器转移至工频运行后，断开负载的变频开关，负载完全工频运行。
工频投变频是指原先负载处于工频运行方式，变频器收到同步投切指令后，将变频器的频率升至工频后，锁定电网电压、幅值和相位，然后将变频器输出通过电抗器与工频并列运行向负载供电，再将负载从工频转移至变频运行，断开负载的工频电源，使负载完全变频运行。
某燃机电厂高压给水泵主要供高压汽包水位、燃机TCA冷却水和高压过热器减温水。在机组运行期间，任意一路发生故障，都会引起进组跳闸，所以，给水泵的切换必须采用无扰切换，以保障机组的安全运行。在同步投切时，可采用变频投工频的方式。下面，以A泵变频器切换至B泵变频器为例加以说明：①检查电抗器刀闸QF0在分闸位；②将高压汽包水位控制方式由变频控制水位切换至给水调节阀控制水位；③将变频运行A泵的频率升至50 Hz，完成锁频锁相功能，自动合KM43，A泵工频和变频共同运行；④自动停A泵变频器，分KM42和KM41，A泵工频运行；⑤B泵退出备用，自动分KM53；⑥变频启动B泵，自动合KM51，合QF2，合KM52，同时，变频器频率升至50 Hz；⑦停A泵工频运行，自动分QF1和KM43。
3 “飞车”切换
高压变频器的“飞车”切换也叫转速跟踪启动，是指当电机定子与工频脱离时，电机定子“无源”，电机处于转动状态。但是，在转速随机不确定状态下，可将高压变频器接入电机定子，使电机定子从“无源”到“有源”，电机定子的旋转磁场从无到有，最后电机定子旋转磁场拖到电子转子进入正常驅动过程。简单地讲，当电机工频运行，停止工频运行电机，电机转速将下降，电机变频器启动后捕捉电机转子频率，捕捉到电机转子频率后，变频器再按捕捉到的转子频率作为输出频率将电机转速升至额定转速的过程。
“飞车”切换需要将变频器的输出电压加在电机定子上时，大多数情况下，由于电动机的反动势和变频器的输出电压的相位和大小是不同步的，变频器和电机承受的冲击电压一般为额定电压的2～3倍。因此，消除冲击电流，使电动机反动势和变频器输出电压同步是“飞车”切换的关键。施耐德变频器利用电机的剩磁，通过矢量控制检测确定当前转子的转速，以当前的转速为基础开始加速到额定转速，从而实现无冲击启动。
某燃机电厂闭式水泵主要提供闭式冷却水，其作用向燃机、汽机、余热锅炉和发电机的辅助设备提供冷却水。在闭式水泵变频器切换的过程中，可以采用“飞车”切换方式，短时中断闭式水不会影响机组的安全运行。但是，在切换的过程中，需考虑闭式水压力低可能引起运行泵跳闸的问题。例如，空压机冷却水流量低会引起空压机跳闸，所以，在闭式水泵变频切换前，空压机的闭式水转由临机供，以保障闭式水泵变频切换过程中机组的运行安全。
某燃机电厂凝结水泵正常运行时，主要给低压汽包供水，低压汽包容积很大，而低压汽包低水位跳闸保护值设定很低。鉴于此，在凝结水泵变频器切换的过程中，可以采用“飞车”切换方式，短时中断凝结水，这样就不会因为汽包水位低而导致机组跳闸。
“飞车”切换采用变频—工频—变频的切换方式，以A泵变频器切换至B泵变频器为例加以说明：①将变频运行A泵的频率升至50 Hz；②自动合B泵QF2，B泵工频运行；③停A泵变频器运行，自动分QF1、KM42和KM41；④自动合KM43；⑤发出“A泵切B泵”指令后，自动合KM51，变频器待机；⑥自动断开KM53，合KM52，变频器自动启动。
4 结论
随着自动控制技术的快速发展，高压变频器已成为降本增效的重要手段。为了提高公司的经济效益，变频器在电厂的应用越来越广泛，但是，传统变频器切换方式对6 kV电机的损伤比较大，而且切换复杂。根据电机在运行中的重要程度，采用同步投切和“飞车”切换的方式，整个切换过程便于操作、安全可靠、节省时间，将被广泛运用于电厂。
参考文献
[1]徐卫青，杨志勇，冯骥.高压变频器同步投切功能的研究[J].電工电气，2014（1）：16-19.
[2]熊莉.高压变频器常见故障的处理及防范措施[J].河北电力技术，2016，35（4）：59-62.
[3]张震宇，吴芸，胡志涛.基于高压变频器的新型工/变频无扰切换技术[J].变频器世界，2016（1）：79-63.
[4]吴伟.高压变频器在电厂一次风机上的实际应用[J].科技与创新，2016（1）：10.
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