变电变频中心

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1、变电变频中心资料BPBJV-1200/3.3 型可移动式矿用隔爆兼本质安全型变电变频器（以下简称变电变频器）主要针对 1200KW/3.3kV 以下刮板运输机设计，但同样也适用于皮带运输机。在大功率重载运输设备起动时，机械冲击强，起动电流大及多机运行时功率平衡等问题都是这类设备在应用中面临的难题。刮板运输机电机与供电电源距离远，供电设备设备布置地点空间有限，要求设备体积小、数量少、维护工作量少等实际工况。依据上述实际工况，张家口恒洋电器有限公司做到将高压配电装置、变电、变频拖动一体化。变电变频器 10kV 电源输入，3.3kV 变频输出。变频器控制采用多电平功率单元串联技术，输出线高压电平高达

2、 13 电平，正弦度高，du/dt 小，可实现远距离驱动电机（500m），对电缆及电机绝缘没有损害。整个变电变频器系统采用水冷散热方式，散热高效可靠。此外，变电变频器对输入、输出具有全面的故障报警保护及监测功能。产品性能特点变电变频器技术特点 对外通讯总线协议形式：Modbus 总线； 升速降速功能：可设定升降速步长。此功能也可作为点动功能； 频率给定方式：本地显示屏面板给定；本地门体按钮给定；0-10VDC/4-20mADC 模拟给定；远程给定； 低频重载起动：可实现重载启动，低频起动时转矩能达到额定转矩的 2 倍； 控制方式：具有无速度传感器矢量控制（SVC）、高性能 V/F控制两种可选方

3、式； 功率平衡：在多电机驱动刮板运输机时，采用主从控制方式实现功率（转矩）平衡； 电压提升功能：当电网电压过低（90%Vin 以上）或负载过重时，PWM 自动提升输出电压，仍能保证额定输出电压，以保证刮板机的转矩输出； 冷却方式：采用内水去离子水水冷（内外水隔离），通过板式换热器换热。变电变频器技术优势 直接 10kV 进线输入，无需再给负载外配高压配电装置和移动变电站，省去了防爆移动变压器，设备少，占地少，使用方便，维护简单； 采用 54 脉波整流输入，注入电网的谐波电流可忽略不计，其THD 值完全满足国家标准，且功率因数大于 0.95。 拓扑结构采用功率单元串联方式，使输出线电压电平数高达

4、13 电平，正弦度高，du/dt 小，输出无要滤波器即可实现远距离驱动电机（500m），对电缆及电机绝缘基本没有损害； 采用先进的板式换热器换热，内部采用去离子水，内外水隔离。板式换热器具有换热效率高、体积小、承压高、内外水隔离等优点； 结构上采用快速插拔式单元，井下可操作性强。主要故障报警保护功能 高压配电装置的保护：输入缺相、漏电保护、输入短路、输入过电压、欠电压；可实现对外远程通讯功能和故障输出干接点； 功率单元部分保护：单元直流过电压、欠电压、单元过热、IGBT 短路、光纤断等故障报警保护功能； 变频控制系统的保护：输出过载、输出过流、三相不平衡、漏电闭锁、变压器过热、控制电源短路、

5、内部水冷系统异常等故障报警保护功能； 水冷控制部分的保护：回水温度过高、流量过低、供水压力过高、供水压力过低、电导率高等故障报警保护功能。软启动由于电机为直接启动或 Y/D 启动，启动电流等于(4-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求。高压大功率电动机变频调速与液力偶合器调速运行比较一、变频调速与液力偶合器调速的工作原理 电动机采用变频调速

6、后，电动机转轴与负载直接相连，但电动机不再由电网直接供电，而是由变频器供电，变频器通过改变电动机的供电频率改变电机转速，因此可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有优异的效率和功率因素特性。采用变频调速后，异步电动机转速 n=60f(1-s)/p，其中 f 为变频器输出频率，s 为异步电动机转差率，p 为电动机极对数。液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量并改变输出转速的，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内参与能量传递的工作油

7、多少来控制输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目地。因此液力偶合器也可以实现负载转速无级调节。如采用液力偶合器调速，则电动机转轴连接到液力偶合器，而负载连接到液力偶合器，电动机仍由电网供电，电动机仍全速运行。二、变频调速与液力偶合器调速的节能比较1、功率损耗的原因电动机本身功率损耗除外，无论是变频调速还是液力偶合器调速，均存在额外的功率损耗，液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变速后送入负载，其效率不可能为 1；变频器从电网取的电能，通过逆变后送入电动机电枢，其效率也不可能是 1。而且在全转速范围内，两种方式的效率曲线也不一样。图 1“两种调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和变频器（高

8、高变频器）的效率转速曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：额定转速时效率 0.95，75%转速时效率约 0.72，20%转速时效率约 0.19），而变频器在输出转速下降时效率仍然较高（例如：额定转速时效率 0.97，75%以上转速时效率大于 0.95，20%以上转速时效率大于 0.9）。从曲线数据看，当输出转速降低时，液力偶合器的效率比变频调速的效率下降快得多，因此变频调速的低速特性比液力耦合器要好。当然，有一点我们应该看到，就是用于风机、泵类负载时，由于其轴功率与转速的三次方成正比，当转速下降时，虽然液力偶合器效率正比下降，但电动机综合轴功率还是随着转速的下降成二次

9、方比例下降，因此也能起到节能作用。变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不变外，电力电子器件的损耗基本上与输出功率成正比，因此变频调速可以在全转速范围内保持较高效率运行。而液力偶合器依靠泵和涡轮传递能量，在低速输出时，泵和涡轮的效率均下降，因此综合效率随转速下降而下降。、理论计算节能比较从理论上进行计算，举例说明如下：1000KW 风机风量从 100%降低到 70%，由于流量与转速一次方成正比，因此转速可以降低70%，负载功率理论上降为 34.3%，如果采用直接高高变频调速，其效率按 0.95 算，再考虑电动机效率在低功率时有

10、所下降、和管道系统效率有所下降，电网总输入功率约：34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即 447.1KW，节能 55.29%，全年按300 日计算，年节电 398 万度。如果采用液力偶合器，其效率按0.665 计算，电网总输入功率约 34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即 638.7KW，节能 36.13%，年节电 260 万度。三、变频调速与液力偶合器调速的其他性能比较变频调速与液力偶合器调速除了节能方面的差别外，还在功率因素、起动性能、运行可靠性、运行维护、调节及控制特性、投资及回报等方面有较大差异。、功率因素变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功

11、率因素运行（例如 20%以上转速时功率因素大于 0.95%），而液力偶合器低速运行时功率因素低于电动机额定功率因素，如果在 70%以下转速时，功率因素将低于 0.7。采用液力偶合器如果需要提高功率因素，则需另加功率因素补偿装置。 2、起动性能采用变频调速时，如电动机保持额定转矩起动，电网输入起动电流小于电动机额定电流的 10%，对于风机泵类负载，其起动电流更小。而且起动的全过程可控，起动点和爬坡时间可设置。而液力偶合器不能直接改善起动性能，起动电流达到额定电流的 5-7 倍，即使是绕线型转子，采取转子串电阻方法需改善起动性能，需增加起动装置，但起动电流仍将是额定电流的 2 倍以上，是变频起动的

12、20 倍以上。起动对电动机和电网的冲击相当大，对电动机来说，造成转子鼠笼断条和定子绕组开焊，据统计，约 15%的电动机故障由直接起动引起。对于电网来说，直接起动造成电网电压短时下降，干扰其它设备运行。3、运行可靠性、运行维护液力偶合器机械结构和管路系统复杂，要长期可靠运行，系统维护工作量增大，如果出现故障，无法直接定速运行，必须停机检修。高压变频装置电子线路比较复杂，但目前技术已趋成熟，尤其是单元串联多电平方式的高压变频装置具有单元自动切换和冗余运行特性，在单元故障时可不停机连续运行，可靠性得以保证，而且检修维护相当容易，只需定期更换进风滤网即可。4、调节及控制特性液力偶合器依靠调节工作腔油量

13、大小改变输出转速，因此响应慢，可能跟不上控制的需要，而变频 调速的频率改变速度相当快，完全可以以系统允许的最高速度进行调节。液力偶合器的速度调节精度较低，而变频调速属于数字式控制，其稳频精度达到 0.1%以上，因此可以实现精确控制。5、投资及回报目前，液力偶合器初期投资比变频调速低，但变频调速节能效果及其它方面均明显优于液力偶合器，从前面的例子可知，1000KW电动机，应用变频调速比应用液力偶合器每年多节电 138 万度，如果变频调速需多投资 60 万元，则 1 年多即可收回。以后的运行情况是：变频调速比液力偶合器每年节省数十万元的开支，因此总体投资回报效果更佳。前溜功率：1000KW2后溜功

14、率：1200KW2转载机功率：700KW总功率：5100KW图 1 两种调速方式效率曲线两种调速方式效率曲线“两种调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和变频器的效率转速曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如额定转速时效率 0.95，75%转速时效率约 0.72，20%转速时效率约 0.19），而变频器在输出转速下降时效率仍然较高（例如：额定转速时效率 0.97，75%以上转速时效率大于 0.95，20%以上转速时效率大于 0.9）。根据资料显示，液力耦合器的输出转速比一般为 98%，而变频器的输出转速比为 100%，因此，根据图 1 可以得知，耦合器在输出转速比为 0.98 时，输出效率为 0.93，变频器在输出转速比为 1 时，输出效率为 0.97，因此根据计算公式： 1212121212 nn2nTP -PPS- 消 耗得：P 耦合器 =P（1- 耦合器 ）=P （1-0.93）=0.07PP 变频器 =P（1- 变频器 ）=P （1-0.97）=0.03P因此，节省功率为 P 省 =P 耦合器 - P 变频器=0.04P=51000.04=204（KW ）根据现场，设备每天运转 20 小时，每年运转 330 天，因此可得每年节省的电量为 Q 省 =20420330=1346400（KWh）每度电按 0.5 元计算，每年可节省电费 72.32 万元。