高压电机变频调速改造

随着工业自动化水平的不断提高和电力电子技术的发展，水工程中采用高压变频调速技术越来越多，水工程公司拟在取水泵房中选用12脉冲的电压源型高压变频调速器来控制355KW功率的水泵电机，对水泵电机变频调速技术进行升级。
据悉，国内目前广泛使用的高压电机用电量占全国发电量的30％，高压电动机变频调速装置开发成功后，可节能30％，其经济价值无法估量，产品市场前景诱人。
为了达到电气节能和工艺优化的目的，高压变频器在工程设计中应注意： 
一、高压电机的特性试验和技术规范的再修订
当一台普通电动机由变频提供电源时，其变频器输出端的电压和电流谐波分量会使电机的损耗增加、效率降低、温度升高。高次谐波引起损耗的增加主要表现在定子和转子的铜耗、铁损及附加损耗的增加。其中，转子铜耗最为显著，因为异步电机总是在转差接近1的状态下旋转，所以转子铜耗非常大。在普通异步电机中，为改善电机启动性能，转子的集肤效应使实际阻抗增加，从而使铜耗增大。 
另一方面，由于高压电机的线圈之间存在分布电容，当高次谐波电压输入时，各线圈之间的电压是不均匀的，这种长期反复作用使定子线圈某一部分的绝缘造成损伤，从而产生线圈老化，这在普通异步电动机的绝缘结构方面是难以接受的。 另外电机的电磁回路不可能做到绝对对称，所以变频器输出电源中所含有的各次谐波分量将与电磁回路中固有的空间谐波分量相互作用形成各种电磁脉动。
同时，电机因处在频率不断调节的工作状态下，很容易与电机机械部分产生机械共振，造成电机机械部位的损坏。 
因此，在变频调速改造工程中，为了避免变频调速系统在运行时出现上述问题，技术设计时必须考虑和高压电动机制造厂家进行技术合作，对电动机的相关特性进行调速实验，重新修订原电动机的技术规范。 
二、电力电缆选型要点和敷设要求
由于变频器输出端与电机之间的联系采用电缆附设方式，且线路各相均存在对地电容，所以运行时线路上的电容电流是不相等的。如果电缆附设距离较长，且线路中又存在高次谐波电流，那么一旦发生单相接地时，故障电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长，会使这端电缆发热，造成非故障绝缘。 
所以，在变频调速改造工程中，针对输出电源电缆，考虑电缆结构上的三相对称和屏蔽，将电缆截面适当增加，敷设长度不超过100m限定值，如果原输出电源电缆为非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，应更换符合要求的电力电缆。 现场敷设施工时要将电源电缆与控制电缆和信号电缆分开敷设，避免由电源电缆中高次谐波产生的磁场干扰其他信号。 
三、变频器工作环境的基本要求
由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件，其开、关频率大于100HZ，易形成高次谐波电流，使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇，它将柜内的热量排放到室内，这使得室内的环境温度不断升高，最终还会影响柜内各器件的可靠运行。
所以，在水厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内，室内必须安装备用空调设施，控制室内环境温度在变频器所要求的范围内，同时设有通风门窗，必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。 
四、高压供电系统出口断路器控制的技术完善
变频调速装置所用变压器的高压侧要与高压系统中的开关柜直接相连，但开关柜的保护范围只是供电线路与变压器低压侧的短路，而变频器的故障应靠变频器自身的检测保护系统完成。 当变频器发生故障发出跳闸信号时，断路器应可靠动作跳闸。
然而，普通断路器高压开关柜内部出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况，变频器恰好出现故障（要求断路器跳闸）时，跳闸线圈已失电，断路器拒绝动作，因而造成变频器内部的功率器件损坏。
所以在设计中选择了带有欠压脱扣线圈的断路器，一旦出现跳闸回路断线或控制电源消失的情况，断路器首先自动跳闸，以保护变频器的设备安全。