Высоковольтный частотно-регулируемый привод ВЧРП-ТМ

ВЧРП – преобразователь частоты среднего напряжения с многоуровневым IGBT инвертором переменного тока для промышленных нагрузок мощностью до 17,5 МВА с номинальным выходным напряжением 3 кВ, 6 кВ и 10 кВ. Благодаря применению современных схемотехнических решений электропривод ВЧРП работает как с ранее установленными так и с новыми асинхронными или синхронными двигателями

Конструктивные модификации преобразователя частоты ВЧРП

  • ВЧРП-SM - электропривод, выполненный по многоуровневой схеме, элементная база фирмы SEMIKRON;
  • ВЧРП-Д - электропривод, выполненный по двухтрансформаторной схеме;
  • ВЧРП-ТМ - электропривод, выполненный по многоуровневой схеме, элементная база фирмы TMEIC.

Конструктивные особенности исполнения частотного преобразователя ВЧРП-ТМ для работы на среднем напряжении

  • Архитектура последовательно соединенных ячеек-инверторов с применением IGBT на 1700 В для большей надежности и высокого КПД. Мостовые диодные выпрямители обеспечивают работу с высоким коэффициентом мощности. При столь высоком коэффициенте мощности не требуется конденсаторная установка для повышения коэффициента мощности.
  • Многообмоточный трансформатор обеспечивает малые искажения во входной сети. Конструкция превосходит требования стандарта ГОСТ 13109 (что касается вопросов по показателям искажений входного тока).
  • Модульная выдвижная конструкция силовых ячеек минимизирует время, необходимое для любого технического обслуживания.

Сертификат компании Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation (TMEIC), предоставляющее ЗАО «ЧЭАЗ» право выпускать высоковольтные приводы под собственной маркой ЧЭАЗ-ВЧРП-ТМ.

Сертификат соответствия на высоковольтный преобразователь частоты серии ВЧРП.

Сертификат соответствия в Системе добровольной сертификации ГАЗПРОМСЕРТ.

В результате научно-практической деятельности в процессе разработки ВЧРП получены следующие патенты на изобретение:

  • Многоуровневый преобразователь электроэнергии для питания синхронных и асинхронных двигателей от источника высокого постоянного напряжения. (патент, формула изобретения)
  • Способ распределения мощности в многоуровневом преобразователе частоты для питания синхронных и асинхронных двигателей. патент
  • Высоковольтные преобразователи частоты серии ВЧРП успешно прошли экспертизу и включены в Реестр ОВП «АК «Транснефть» (реестр основных видов продукции, поставляемых на объекты ОАО «АК «Транснефть»). Экспертное Заключение о соответствии продукции «Преобразователи частоты регулируемые высоковольтные серии ВЧРП» за регистрационным номером № 51300-2036-5421, подтверждает соответствие требованиям ОТТ-29.160.30-КТН-071-13 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Устройства частотного регулирования скорости электродвигателей напряжением выше 1000 В. Общие требования».

Входные силовые цепи

Силовая схема электропривода ВЧРП состоит из входного трансформатора и однофазных ячеек ШИМ-инверторов. Для 6 кВ шесть инверторных ячеек соединяются последовательно в каждой фазе, формируя выход с 13 ступенями выходного напряжения.

Три класса конструктивного исполнения преобразователя частоты ВЧРП по напряжению:

  • 3 кВ, 3 фазы, 50 Гц
  • 6 кВ, 3 фазы, 50 Гц
  • 10 кВ, 3 фазы, 50 Гц
  • Блок ввода-вывода поддерживает энкодер, входы-выходы 24 В постоянного тока, входы 220 В переменного тока и аналоговые входы-выходы, стандартно. Все входы-выходы выведены на разъемный клеммный блок для удобного обслуживания, расположенный в правом отсеке шкафа.

    Высоковольтный частотно-регулируемый привод может быть установлен по желанию Заказчика в блочно-модульное здание контейнерного типа полной заводской готовности.

    Ячейки инвертора

    Каждая ячейка инвертора для высоковольтного привода содержит трехфазный диодный выпрямитель и однофазный IGBT инвертор, объединенные шиной постоянного тока. Ячейка инвертора (одного модуля) может быть выдвинута по направляющим для обеспечения возможности сервисного обслуживания. Все модули одинаковые. Среднее время восстановления преобразователя частоты ВЧРП-ТМ не более 30 минут.

    В соответствии с требованиями эксплуатации высоковольтного преобразователя частоты предусмотрена система принудительного воздушного охлаждения:

    • забор воздуха через дверцы шкафа электропривода.
    • восходящий поток через ячейки-инверторы и трансформатор
    • вытяжное устройство наверху шкафа электропривода.

    Основные технические характеристики преобразователя частоты ВЧРП-ТМ:

    • Мощность от 250 кВт до 14,5 МВт;
    • Работа с отклонением питающей сети 25% от номинала 3, 6, 10 кВт;
    • Работоспособность при полном пропадании сети в течение 0, 3 сек.;
    • Сейсмостойкость 9 баллов;
    • При изготовлении в блочно-модульном здании возможна эксплуатация при температуре от – 60 до + 60 0С;
    • Высокая степень надежности (средняя наработка на отказ 100 000 часов).
    • Внедрение преобразователя частоты ВЧРП-ТМ дает возможность реализовать энергосберегающие программы на всех промышленных предприятиях, где используются мощные высоковольтные двигатели
    • Экономия электроэнергии до 25-40 %
    • Увеличение ресурса приводных электродвигателей
    • Снижение эксплуатационных и производственных затрат

    Многофункциональный испытательный комплекс

    ЗАО «ЧЭАЗ» располагает уникальной испытательной базой, позволяющей проводить различные виды работ с высоковольтными и низковольтными преобразователями частоты, с тиристорными преобразователями для управления двигателями постоянного тока (Uя = 600 В, Iя = 1200 А), устройствами плавного пуска, как высоковольтными, так и низковольтными, а также другими устройствами с напряжением питания 380 В, 690 В, 3кВ, 6 кВ, 10 кВ. Общая площадь испытательного комплекса составляет 720 м². Оборудование испытательного комплекса выполнено в виде составных частей: электромеханическая часть, силовое оборудование, система управления.

    Модернизация стенда для проведения испытаний под нагрузкой преобразователей мощностью до 20 МВА. На снимке: слева ВЧРП-ТМ мощностью 12,6 МВА, справа мощностью 10 МВА на напряжение 10 кВ.

    Высоковольтное электрооборудование 1
    Высоковольтное электрооборудование 2

    Предусмотрена возможность переключения соединений реакторов с параллельного на последовательное. С этой целью спроектированы коммутационные шкафы с соединительными шинами. Установка необходимых перемычек обеспечивает включение двух реакторов последовательно, одного реактора, двух реакторов параллельно. В результате получена возможность создать индуктивность для испытаний практически полного модельного ряда ВЧРП с номинальными токами от 160 до 1000 А, что соответствует стандартному ряду электродвигателей от 1 до 12,5 МВт. Испытание ВЧРП при работе на полную нагрузку проводится путем отдачи энергии испытуемого ВЧРП в питающую сеть (рекуперации). Для этого выход испытуемого ВЧРП подключается к питающей сети через сглаживающие реакторы и измерительную ячейку. При этом сам ВЧРП переводится в режим работы синхронизации выходного напряжения с напряжением питающей сети.

    Испытуемый ВЧРП запитывается через сглаживающие реакторы и измерительную ячейку от регулятора напряжения, построенного на базе стендового ВЧРП. Фактически, мощность циркулирует по кольцу с выхода стендового ВЧРП на вход испытуемого ВЧРП и с выхода испытуемого ВЧРП – обратно на вход стендового ВЧРП. Из сети потребляется мощность потерь оборудования, по которому протекает испытательный ток. При этом стендовый ВЧРП повышает напряжение до уровня, при котором компенсируется падение напряжения на элементах схемы при протекании заданного тока. Схема циркуляции энергии запитывается от сети индукционный регулятор напряжения, обеспечивающий требуемый уровень напряжения от 0,38 до 11 кВ. Индукционный регулятор при вводе схемы в работу обеспечивает мягкое включение трансформатора стендового ВЧРП и зарядку конденсаторов испытуемого ВЧРП. Проверка функционирования систем управления электродвигателем осуществляется путем подключения стендового электродвигателя к выходу испытуемого ВЧРП. При этом сам испытуемый ВЧРП запитывается от индукционного регулятора напряжения. Безопасность работы и необходимые отключения в аварийных режимах осуществляются путем работы необходимых блокировок.

    Система обработки информации по результатам испытаний представлена комплексом ПЭВМ и специальным программным обеспечением, позволяющим проводить взаимно-коррекционный и статистический анализ параметров, а также их отображение в графическом и табличном виде. Управляющий интерфейс – пакет программ обеспечивает прямую связь между структурой электропривода, отображаемой на экране ПЭВМ в виде мнемосхем или таблиц параметров со структурой и параметрами реальной системы управления, функционирующей в микропроцессорном ядре ПЧ. Поддерживаются следующие основные функции:- соединение с любым из ПЧ, установленным на испытательном комплексе и связанным сетью ModBus (физическая линия RS-485), с помощью адаптера PC-CAN/RS- 485;- просмотр и редактирование всех параметров и переменных ПЧ, с последующей загрузкой измененных параметров в ПЧ (режим параметрирования);- мониторинг основных переменных и флагов состояния электроприводов с заданной частотой обновления, в числовом и графическом виде (режим осциллографа);- формирование управляющих сигналов ПЧ: «Снятие блокировки», «Разрешение задания», «Реверс задания», «Сброс защит», текущее задание по скорости (моменту);- формирование и запуск циклограмм.

    Наличие специального высоковольтного трансформатора ТСЗ 1600-6,3/10-6-3 на номинальное напряжение сетевой обмотки 6кВ обеспечивает возможность снятия с вентильных обмоток трех значений номинального напряжения (3, 6, 10 кВ) при активной нагрузке. Для каждого значения номинального напряжения имеется возможность изменять значение напряжения в пределах ±25% Uном и ±30 % Uном.

    Наличие электроприводов постоянного тока, в качестве нагрузочных, позволяет не только регулировать момент нагрузки на валах асинхронных двигателей, но и рекуперировать часть электроэнергии в питающую сеть (вторичную обмотку трансформатора, питающую тиристорные преобразователи).

    Тиристорные преобразователи типа ЭПУ1М-7-2- с цифровым управлением, входящие в состав электрооборудования, это реверсивные однозонные электроприводы с обратной связью по скорости (BR) и по ЭДС двигателя (тип обратной связи выбирается с пульта управления – программно). Заданные статические характеристики электроприводы обеспечивают в диапазонах регулирования скорости: 1:2000 – (с обратной связью по скорости), 1:20 – (с обратной связью по ЭДС). Электроприводы ЭПУ1М-7-2 позволяют формировать различные нагрузочные характеристики (вентиляторную, насосную, линейную и т.д.) при пуске асинхронных двигателей.

    Электроприводы ЭПУ1М-7-2 обеспечивают работу двигателей в режимах: длительном (S1), кратковременном (S2) и повторно- кратковременном (S3) по ГОСТ183 в соответствии с характеристиками двигателей. Электроприводы обеспечивают кратность рабочей перегрузки относительно номинального тока якорной цепи до 1,6 в течение времени не более 10 с в зависимости от уровня скорости и в соответствии с характеристиками двигателя. Среднеквадратичное значение тока нагрузки во всех режимах работы не должно превышать значения номинального тока якорной цепи. Номинальный коэффициент полезного действия якорного преобразователя не менее 0,95. В электроприводе имеются электронные защиты: - от недопустимого понижения (в том числе от обрыва фазы по причине сгорания предохранителей) сетевого напряжения в цепи управления;- от перегрева преобразователя;- от превышения допустимого времени токовой перегрузки якорной цепи (время - токовая защита);- от пробоя тиристоров и от исчезновения (в том числе по причине сгорания предохранителей) сетевого напряжения в силовой (якорной) цепи;- от превышения максимального тока якорной цепи (максимально-токовая защита);- от обрыва цепи возбуждения двигателя (в том числе по причине сгорания предохранителей);- от неправильного чередования фаз питающей сети в цепи управления.

    Защита якорной цепи, цепи возбуждения и цепи управления от короткого замыкания осуществляется предохранителями. Защита от коммутационных перенапряжений осуществляется варисторами и R-C – цепями. Наличие двух двигателей постоянного тока позволяет создать регулируемый источник постоянного напряжения с выходным током до 1290 А (для сильноточных устройств, питание которых осуществляется от источника постоянного напряжения).

    Электромеханическая часть

    В состав электромеханической части, расположенной в отдельном помещении для выполнения требований вибро- и звукоизоляции, входят:- нагрузочный агрегат для испытаний высоковольтных устройств;- нагрузочный агрегат для испытаний низковольтных устройств.

    Нагрузочный агрегат для испытаний высоковольтных устройств представляет собой сборку двигателей: асинхронного – М4 (1000 кВт, 10 кВ, 750 об/мин), двух двигателей постоянного тока - М2, М3 (710 кВт, 0,6 кВ, 710 об/мин) и асинхронного - М1 (1000 кВт, 6 кВ, 750 об/мин). Двигатели постоянного тока имеют двухсторонний выход открытых концов вала. Валы всех двигателей соединены между собой муфтами. Параллельная работа двух двигателей постоянного тока позволяет в режиме ПВ (при среднеквадратичном токе не превышающем номинальное значение) позволяет увеличить нагрузочную способность агрегата. Нагрузочный агрегат для испытаний низковольтных устройств представляет собой сборку двигателей: асинхронного двигателя – М6 (400 кВт, 0,4 кВ, 1000 об/мин) и двигателя постоянного тока – М5 (450 кВт, 0,6 кВ, 900 об/мин).

    Силовое оборудование выполнено на базе камер КСО с релейной защитой БЭМП и высоковольтных трансформаторов. Система управления включает:- шкафы управления нагрузочным электроприводом (660 В, 1500 А) c устройством подключения к сети (токоограничивающими реакторами);- автоматизированное рабочее место (АРМ) «MVisor».- испытуемые устройства. Измерительная система испытательного комплекса обеспечивает преобразование, нормализацию, индикацию и регистрацию параметров электроприводов.


    Наверх