GVF高压变频有关技术部分.docx

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1、技术部分一、GVFIOkV高压变频器1.1系统组成GVF1.OkV变频调速系统由旁路柜（可选）、移相变压器柜（必选）、逆变器柜（必选、限制柜（必选）组成.GVF变频器为高一高电压源，交一直一交,SPWM型变频器。全套系统见图1U上4图1-1GVFIOkV高压变频器组成旁路柜：旁路柜采纳手动一拖一方案（依据用户须要可定做自动旁路方案）。手动旁路框主要功能是当变频器须要检修维护时，通过倒闸操作，使得变频器退出运行，实现电机的工频启动运行。旁路方案如图1-2,旁路柜主要由三个刀闸组成，包括输入刀闸QSI、输出刀仲IQS2、旁路刀闸QS3。QSKQS2、QS3个刀闸换成真空接触，可以实现自动转换。当系

2、统工频运行时，QS3闭合，QS1.和QS2打开。当系统变频运行时，QSI和QS2闭合，QS3打开。QSI与QS3有机械”.锁。各隔离开关都预留协助接点。旁路柜内置防浪涌汲取装置，对系统进行浪涌爱护.图1-2手动旁路柜方案移相变压器柜：由输入变压器、温控仪和风冷系统组成。输入变压器为54脉冲移相干式变压涔（以卜简称移相变压器），由其为逆变落的各个功率单元供应整流用电源。逆变器柜：内.巴27个结构相同的单相逆变功率单元（以下简称功率单元），这些功率单元按每相9个的结构放置在柜体内，由高压电缆和高压铜排连接。逆变器柜内布置有风冷系统.限制柜：内置有主控板、人机界面、UPS、低压电器等限制及操作器件。

3、1.2系统技术方案变频器工作原理如图1-3,采纳多个低压的功率单元串联实现高压输出，输出侧采纳多电平移相正弦PWM限制，输入降压变压器采纳移相方式，可仃效消退装置对电网的谐波污染.串联型多电平而压变频器采纳多个独立的低压申联实现高压输出，包含移相变压器和功率堆元两大部分。图1-3变频器工作原理图移相变压器采纳多亚化设计，符网侧的高压变换成二次例的多组低出压（本项目为27组），二次恻绕组在绕制时采纳延边三角形接法，相互之间形成固定相位差，产生多脉冲整流方式，使得变压器二次例各绕组（功率单元的输入）的谐波电流相及抵消，不反映到高压侧，从而有效改善电网的电流波形，基本上消退了变频罂对电网的谐波污染。

4、变压器各二次绕组相互独立，并单独为个功率单元供电，每个功率单元的主回路相对对立，并且工作在低电压状态。各功率单元之间的相对电压由变压器二次绕组的绝缘担当，功率单元之间不存在串联均压问题.限制系统对外供应DCS接口，标准通讯接口为带隔离爱护的RS485,也可依据用户要求供应PRoFIBUS-DP从站接口或以太网接口。功率单元是整台变嫉器实现变压变频输出的基本单元，整台变频罂的变质变频功能是通过单个功率单元实现的，每个功率单元相当一台交一直-交电压型单相低压变频器，功率堆元整流侧用二极管三相全桥不行控全波整流，中间采纳大容量电容灌波和储能，输出侧为4只IGBT组成的H桥，供应单相等幅的沟通PWY波

5、形输出电压。功率单元电路结构如图17,输出的PWM波形如图15。图IT功率单元电路图1-5功率单元输出的PWM电压波形单个功率雎元输出额定电压为为610Vo每相由9个相同功率堆元串联可以得到5774Y的单相电压，三相星型连接对的的线电压为IOkVt三相共有27个功率单元，连接图如图卜6。图卜6功率单元申联输出电压示意图变更每相串联功率单元数目就可以得到不同输出电压。变频器的总输出电压由各功率单元的输出电压串联叠加而得到，虽然每个单元输出的都是等幅PWM电压波形，但各单元输出相互之间有确定的相位偏移，申联叠加以后，在变频器输出恻得到的是正弦阶梯状PKM波形。图1-7为株洲变流技术国家工程探讨中心

6、有限公司（以下简称NERCO生产的1.6MVAGVF高压变频器，无输出滤波器实测输出相电压及输出电潦波形。图17GVF高压变频器输出电压、电流波形从以上波形图可以看出，串联型多电平高压变频器的输出电压正弦度很好。每个功率单元的升关频率可以较小(以减小冷件损耗和发热)，但变频器输出电压的等效开关频率却很高，仅含少量的极面次谐波，无输出波波器就可以干脆用于一般异步电动机，并且电动机不须要降额运用。1.3标准依据系统的设计、制造、检查、试验等方面必需遵守卜列最新标准，且不限于下列标准.当下列规范和标准之间不一样或与买方及业主所执行的标准不相同时，双方按较高标准执行。13.1 高压变频装置执行标准(1

7、) GB156-1993【标准电压】(2) GB/T1980-1996【标准电压】(3) GB/T24230.10-1995【电工电子产品基本环境忒验规程振动(正弦试验导则】(4) GB2681-811电子成套装置之中的导线颜色】(5) GB2682-81【电工成套装置之中的指示灯和按钮的颜色】(6) GB3797-89【电控设法其次部分：装有电子潺件的电控设备】(7) GB3859.1-93【半导体电力变流器基本耍求的规定】(8) GB3859.3-93【半导体电力变流器应用导则】(9) GB4208-93【半导体电力变流罂应用导则】(10) GB4208-93【外壳防护等级的分类】(11)

8、 GB4588.2-1996【无金属化孔单、双面印制板技术条件】(12) GB1588.2-1996【有金属化孔单、双面印制板技术条件】(13) GB7678-87【半导休自换相变流器】(14) GB9969.1-88【工业产品运用说明书总则】(15) GB10233-88【电气传动限制设需基本试脸方法】(16) GB1266890【沟通电动机半导体变频调速装置总技术条件】(17) GB/T14436-93【工业产品保证文件总则】(18) GB/T15I39-94【电工设备结构总技术条件】(19) GB/T13422-92【半导体电力变流器电气试验方法】(20) GB/T14549-93【电能

9、质量公用电网谐波】1.3.2手动旁路柜执行标准(1) GBIIO22-89【虑压开关设备通用技术条件】(2) GB1984-89【沟通高压断路器】(3) GB1985-89【沟通高压隔离开关和接地开关】(4) D1.4O4-971户内沟通高压开关柜订货技术条件】(5) GH3906-9I13-35KV沟通金属封闭开关设招】1.4技术特点双32位DSP处理器GVF高压变频涔调速系统限制堆元核心为32位的高速DSP处理器，架构为双DSP+双FPGA,其中一个DSP和FMA处理变减器和DcS信号，依据现场限制要求，给出调制波。另一组I)SP依据给出的调制波,运用载波移相SPWM法,生成各功率单元的限

10、制信号，并通过FPGA将限制信号经光纤传达至功率单元。各功率单元都有脉冲安排板，脉冲安排板的核心是CP1.D,CP1.D依据接收到的限制码驱动各IGBT。各处理限制港之间通过高速双口RAM进行信号交互。与堆片机加P1.C限制系统相比，I)SP处理器处理速度更快，采样精度更高。金属化聚丙烯膜自愈式电容GVF高压变频湍功率单元直流环节戏波储能元件采纳金属化聚丙烯液自愈式电容，运用进口平安膜(运用平安膜制作的电容在过负荷状况下自动开路，安静无损宙且耐压高，当击穿部分被保险丝熔断后分隔开，不影响其它部分),寿命长达20年，是一般电解电容寿命的34倍，整个寿命期间，完全免维护，且具有较强的电网浪涌汲取实

11、力。两种电容性能比较见表I-Io表17自愈式电容与电解电容性能比较性能金属化膜电容器铝电解电容器容量偏差一般5%标准偏差-10%350%单台额定电压20kVdc450Vdc过电压倍数1.31.5倍最高1.2倍本身阻感微小(W50nH)(200n1.1.)快速放电可以否承受有效电流约80i11jus约2mAus温度频率特性基本无影响影响特别严峻结构形式干式、油侵式或充气式浸愦电解液牢鸵性及寿命10万20万小时3万5万小时损耗小（发热小）大（发热严峻）变频器功率单元采纳了低感BUSBAR母排联接（专有技术）优化电容与IGBT的连接，电感极低，降低IGBT器件关断过电压（IGBT关断时，由于电路存在

12、电感成分,关断瞬间产生尖峰电压,假如尖峰电压超过最高峰值电压,就会造成击穿损坏），提高IGBT电压平安裕量.图1-8电解电容器图1-9金属化腺电容器图1-10国内某知名品牌功率单元EH1-11低感BUSBAR采纳铜排联接的杂微电感通常大于200nH,用低感母排(BUSBAR)代杵铜排联接，杂散电感限制在20nH以下,从根本上消退了IGBT开关过程中的电压尖峰,提高了电压平安裕量。该BUSBAR为时代集团出口产品，是美国GE公司的国内唯一供应商。分布式限制结构为消退或削减由困雄电磁环境卜.带来的电磁干扰问题，GVF高压变频器运用分布式限制结构。由信号采集单元就近采集各种电气信号，各信号采集器通过

13、光纤与主限制器MP1.i进行信号交互。有效提高了限制系统抗电磁干扰性能。图1-12GVF高压变频涔分布式双制结构功率器件（IGBT）应用交直交变频器须要大量的IGBT半导体功率开关器件，此器件国内全部采纳进口产品，国外主要的IGBT生产厂家有EuPEC（优配克）、MrrSUB1.SH1.（三菱）、SIMcON（西门康）、ABB等,表卜2为它们的简洁比较。表1-2主要IGBT生产厂家的简洁比较性能EUPECSIMCONMitsubishIBB品种系列齐全（从工业级到牵引级）小功率等级（主要是工业级）齐全（从工业被到牵引级）大功率等级（只有牵引缴）市场占有率大在小功率等级较大大较小价格高较低较高较

14、高牢拳性高较高高鬲供货期8周左右4周左右三个月以上8周左右NERCC是国内最早工程化应用EUPECIGBT的传动限制供应商（应用丁电力机车牵引变流器）。电机带速重投技术GV系列变频器在负载电机仍转动状况下，依据电机当前的状态自动计兑，跟踪启动到待机前状态，具备带转速跟踪再启动功能。主电源短时失电后，变频器仍保持失电前限制方式，而不须要手动复位和调整，5个周波内保持输出，失电时间大于5个周波，则系统保持待机状态，并发出主电失电信号，在系统来电后，检测此时电压值，到允许值后则变频器自启动,发出启动信号，兔原停电前的系统状态.限制电源短时失电，因配置UPS,可保证30min内不停即正常运行并报警。图

15、1T3黄色波形代表功率单元直流电压,当瞬时失电时，在稍微再生制动技术作用下，功率单元直流电压在短时间内仍可保持肯定值（大约65%满额直流电压），仍能维持系统运行，当系统来电时则更原停电前的系统状态。图1-13GVF变频器瞬时失电时电压波形功率单元旁路技术（选配）GYF变频装置的功率单元为抽屉式设计，可从机架上抽出、移动和变换，全部单元可以互换。停机时，该装置每个功率单元整流桥直流侧漉波电容有放电回路及低电压指示，保证更换功率单一元时，人员的人身平安。变频器具备单元旁路功能，保证整个系统在变频器故陈中仍能正常运行。对于GVF系列6kV高压变频涔允许每相有2个模块发生故障，假如整个机组只有个模块发生故障时，由于系统采纳了中性点漂移技术，输出电压/转速下降最大约3%,假如适当将单元模块的调制系数提而，则电压可以完全不降额.假如有两个模块发生故障时，其他相正常,输出电压/转速下降约7机图1-14和图1-15为某型号GVF高压变频器在发生旁路前后输出电压电流波形。