高壓電機變頻調速改造應注意的問題

隨著工業自動化水平的不斷提高和電力電子技術的發展，水工程中采用高壓變頻調速技術越來越多，廣西分公司擬在取水泵房中選用12脈沖的電壓源型高壓變頻調速器來控制功率355KW的水泵電機，對水泵電機變頻調速技術進行升級，為了達到電氣節能和工藝優化的目的，高壓變頻器在工程設計中應注意：

　　一、電機的特性試驗和技術規范的再修訂

　　當一臺普通電動機由變頻提供電源時，其變頻器輸出端的電壓和電流諧波分量會使電機的損耗增加、效率降低、溫度升高。高次諧波引起損耗的增加主要表現在定子和轉子的銅耗、鐵損及附加損耗的增加。其中，轉子銅耗最為顯著，因為異步電機總是在轉差接近1的狀態下旋轉，所以轉子銅耗非常大。在普通異步電機中，為改善電機啟動性能，轉子的集膚效應使實際阻抗增加，從而使銅耗增大。

　　另一方面，由于電機線圈之間存在分布電容，當高次諧波電壓輸入時，各線圈之間的電壓是不均勻的，這種長期反復作用使定子線圈某一部分的絕緣造成損傷，從而產生線圈老化，這在普通異步電動機的絕緣結構方面是難以接受的。 　　另外電機的電磁回路不可能做到絕對對稱，所以變頻器輸出電源中所含有的各次諧波分量將與電磁回路中固有的空間諧波分量相互作用形成各種電磁脈動。同時，電機因處在頻率不斷調節的工作狀態下，很容易與電機機械部分產生機械共振，造成電機機械部位的損壞。

　　因此，在變頻調速改造工程中，為了避免變頻調速系統在運行時出現上述問題，技術設計時必須考慮和電動機制造廠家進行技術合作，對電動機的相關特性進行調速實驗，重新修訂原電動機的技術規范。

　　二、電力電纜選型要點和敷設要求

　　由于變頻器輸出端與電機之間的聯系采用電纜附設方式，且線路各相均存在對地電容，所以運行時線路上的電容電流是不相等的。如果電纜附設距離較長，且線路中又存在高次諧波電流，那么一旦發生單相接地時，故障電容電流所點燃的電弧熄滅時間過長，會使這端電纜發熱，造成非故障絕緣。

　　所以，在變頻調速改造工程中，針對輸出電源電纜，考慮電纜結構上的三相對稱和屏蔽，將電纜截面適當增加，敷設長度不超過限定值（100m），如果原輸出電源電纜為非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，應更換符合要求的電力電纜。 　　現場敷設施工時要將電源電纜與控制電纜和信號電纜分開敷設，避免由電源電纜中高次諧波產生的磁場干擾其他信號。

　　三、變頻器工作環境的基本要求

　　由于高壓變頻器的逆變部分采用高壓IGBT等功率器件，其開、關頻率大于100HZ，易形成高次諧波電流，使得變頻裝置在工作時將產生一定的熱量。一般在變頻器柜的頂部均配有排風扇，它將柜內的熱量排放到室內，這使得室內的環境溫度不斷升高，最終還會影響柜內各器件的可靠運行。所以，在水廠工程設計中一般變頻調速裝置單獨設置在變頻調速室內，室內必須安裝備用空調設施，控制室內環境溫度在變頻器所要求的范圍內，同時設有通風門窗，必要時采用專門風道進行強制通風和冷卻。

　　四、高壓供電系統出口斷路器控制的技術完善

　　變頻調速裝置所用變壓器的高壓側要與高壓系統中的開關柜直接相連，但開關柜的保護范圍只是供電線路與變壓器低壓側的短路，而變頻器的故障應靠變頻器自身的檢測保護系統完成。

　　當變頻器發生故障發出跳閘信號時，斷路器應可靠動作跳閘。然而，普通斷路器高壓開關柜內部出現跳閘回路斷線或直流控制電源消失的情況，變頻器恰好出現故障（要求斷路器跳閘）時，跳閘線圈已失電，斷路器拒絕動作，因而造成變頻器內部的功率器件損壞。所以在設計中選擇了帶有欠壓脫扣線圈的斷路器，一旦出現跳閘回路斷線或控制電源消失的情況，斷路器首先自動跳閘，以保護變頻器的設備安全。