芜湖YLHVF系列高压变频器

　　工作原理及特点

　　YLHVF高压变频调速系统采用直接“高-高”变换形式，为单元串联多电平拓扑结构，高压变频器主体结构由多组功率模块串联而成，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，变频装置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，其系统结构如下图，

　　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，其电路结构图如下，系统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。

　　功率单元内器件承受的最 高电压为单元内直流母线的电压，可以直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题，而且功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠，器件工作在低压状态，不易发生故障。

　　单元旁路功能：当某个功率模块发生故障时自动旁路运行，变频装置不停机，但需降额使用，即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁该功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路。这样能维持生产要求，大大提高了系统运行的可靠性。

　　概述

　　YBP变频器的功率单元为模块化设计，可以从机架上抽出，移动和更换，所有功率单元是完全一致的，如果某一单元由于故障而不能正常工作，可以在允许设备退出的时间用备用单元将其替换。即：在变频停机高压切断的情况下，拔掉故障单元的四根光纤;用扳手卸下故障单元的R、S、T、U、V五根连线;拆下故障单元与轨道的固定螺丝;将故障单元轻轻拿下，按拆卸相反的顺序将备用单元装上并接好即可。更换一个单元的时间只需5分钟。更换单元不须专用工具。

　　逆变器侧采用高开关频率的IGBT器件，保证良好的输出波形。

　　输入侧的隔离变压器能保护电机不受共模电压的影响。

　　整个变频系统采用强迫风冷，冷却系统可靠，平均无故障时间≥变频装置本身，每一套冷却装置拆装方便，满足变频装置的安全可靠地运行。

　　保护

　　变压器进线接线端子足够大，便于与进线电缆连接。变压器柜内高压引线导体能满足发热的允许值(<65℃)

　　变压器在各分接头位置时，能承受线端突发短路的动、热稳定而不产生任何损伤、变形及紧固件松动。

　　每个功率单元带两相输入熔断器保护。

　　变频装置还具有以下保护功能：

　　a、 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%，则变频器保护。

　　b、 过电流保护：电机额定电流的150%，立即保护。

　　c、 欠电压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定的数值，则变频器保护。此保护实际上包括了对电网电压负向波动的保护。

　　d、 缺相保护：缺相保护设置在每个功率模块上。当变频器输入侧掉相或功率模块的保险熔芯熔化时，会发出报警信号并保护。

　　e、 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。此保护实际上包括了对电网电压正向波动的保护。

　　f、 过热保护：包括两重保护：在变频调速系统柜体内设置温度检测，当环境温度超过预先设置的值时，发报警信号;另外，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。

　　g、 光纤故障保护：当控制器与功率模块之间的连接光纤出现故障时，会发出报警信号并保护。

　　以上故障，均在中文用户界面上指定故障确切位置，便于用户采取对应措施。

　　对外标准接口：

　　高压变频柜包括移相变压器、变频器、旁路柜等所有部件及内部连线一体化设计，需方只须连接高压输入，高压输出、控制电源和控制线即可。

　　高压变频器对外接口的具体定义如下：

　　1) 变频器提供的开关量：

　　变频器采用西门子S7-200系列的PLC，标准数字量配置为24点入、16点出，并且可以根据用户的不同需求进行I/O点的扩展及参数化设计。其部分输出定义为：

　　(1) 变频器待机状态指示：表示变频器已待命，具备启动条件。

　　(2) 变频器运行状态指示：表示变频器正在运行。

　　(3) 变频器控制状态指示：节点闭合表示变频器控制权为现场远程控制;节点断开表示变频器控制权为本地变频器控制。

　　(4) 变频器轻故障指示：表示变频器产生报警信号。包含柜门非法打开、变压器超温、控制电源掉电、给定信号断线、单元旁路(过热、欠压、缺相、驱动故障)等信息

　　(5) 变频器重故障指示：表示变频器发生重故障，立即关断输出切断高压。包含过压、过流、光纤故障、变压器严重过热

　　(6) 电机在工频旁路：表示电动机处于工频旁路状态。

　　2).变频器提供给高压开关柜：

　　高压开关紧急分断：变频器出现重故障时，自动分断高压开关，闭点有效。

　　以上所有数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。除特别注明外，接点容量均为AC220V，3A。

　　3) 变频器提供的模拟量：

　　变频器可以提供2路4～20mA的电流源输出，带负载能力均为500Ω。模拟量信号和物理量实际大小的对应关系可由用户在调速装置上设定，每路模拟输出对应的物理量可以由需方从以下参量中选择：

　　输出频率、给定频率、输入电流、输出电流、输入电压、输出电压、闭环给定值、实际反馈值。

　　4) DCS提供给变频器的开关量：

　　a) 启动指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器开始运行。

　　b) 停机指令：干接点，3秒脉冲闭合时有效，变频器正常停机。

　　c) 紧急停机指令：干接点，闭合保持有效，变频器紧急停机。

　　5) DCS提供给的变频器模拟量：

　　变频器采用西门子S7-200系列的PLC模拟量扩展模块EM235满足上述要求，此模块可提供4路4～20mA电流源或0～5V电压源的输入，其输入可根据用户不同的要求进行定义，满足用户多方面的需求，可定义为给定频率、给定转速、压力反馈等。

　　注：详细接口设计需要在签订技术协议阶段由双方商定!本方案提供的接口仅供参考。

　　主回路控制

　　A.手动旁路柜

　　手动旁路柜一次回路图

　　旁路柜中，共有3个高压隔离开关，为了确保不向变频器输出端反送电，K2与K3采用电磁互锁操动机构，实现电磁互锁。当K1、K3闭合，K2断开时，电机变频运行;当K1、K3断开，K2闭合时，电机工频运行，此时变频器从高压中隔离出来，便于检修、维护和调试。

　　旁路柜必须与上级高压断路器DL连锁， DL合闸时，绝 对不允许操作旁路隔离开关与变频输出隔离开关，以防止出现拉弧现象，确保操作人员和设备的安全。

　　1. 故障分闸：将变频器“高压分断”信号与旁路柜“变频投入”信号串联后，并联于高压开关分闸回路。在变频投入状态下，当变频器出现故障时，分断变频器高压输入;旁路投入状态下，变频器故障分闸无效。

　　2. 保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。

　　B.自动旁路柜

　　自动旁路柜

　　变频/工频自动切换:

　　旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

　　旁路柜主要配置：三个真空接触器(KM1、KM2、KM3)和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁，当KM1、KM2闭合，KM3断开时，电机变频运行;当KM1、KM2断开，KM3闭合时，电机工频运行。另外，KM1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作;KM2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

　　电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在KM1、KM2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

　　l 合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空接触器KM1、KM2合闸不允许;在KM1、KM2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，KM1、KM2跳闸，分断变频器高压输入电源。

　　l 旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，或者需要将电机从变频投入到工频状态运行(按下“工频投切”按钮)，系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关KM3合闸，电机投入电网工频运行。

　　l 保护：保持原有对电机的保护及其整定值不变。