引言
哈爾濱九洲電氣股份有限公司高壓變頻試驗站是目前亞洲最大的測試高壓變頻器的多功能試驗站，是與羅克韋爾自動化公司共同建造的，是針對中高電壓等級的變頻器進(jìn)行智能化帶載性能測試的試驗場所。其所能測試的變頻器電壓等級為3kv～10kv，功率范圍設(shè)計最高可達(dá)到5000kw。
1 導(dǎo)語
在2007年節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境作為國家工作重點的大環(huán)境下，最有效的節(jié)能產(chǎn)品—高壓變頻器應(yīng)用越來越廣，但變頻器在出廠前全項帶載性能測試還停留在帶空載電機，或帶一些簡單負(fù)載，不能模擬出現(xiàn)場不同負(fù)載的工況，無法測試出變頻器的各種性能指標(biāo)，因此建造一個能全面測試不同類型不同功率的變頻器全項帶載性能的試驗系統(tǒng)就顯得非常必要，而rockwell公司的矢量控制4象限運行的dtd型變頻器，使建立一個全面測試變頻器性能的試驗系統(tǒng)成為可能。
2 電氣系統(tǒng)主要配置及作用
2.1 電力變壓器
考慮到以后試驗站的擴容，入戶變壓器由兩臺2500kva電力變壓器組成，初期一臺投入運行，當(dāng)容量高于此值時，將投入第二臺變壓器，并聯(lián)運行。
2.2 變頻變壓器
按最大裝機容量選擇專門針對被試逆變變頻器設(shè)計的原邊星/三角切換，副邊多繞組多抽頭組合選擇的多功能變壓器，最大功率6250kva，可以組合出6脈沖3kv、6kv、10kv，18脈沖3kv、6kv等電壓等級，針對不同變頻器給出不同電源動力進(jìn)行實載測試。
2.3 高壓控制柜
配置了所有入戶開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、線路組合選擇開關(guān)、斷路器、刀閘等等。變壓器的星/三角轉(zhuǎn)換、電機的選擇及星/三角連接等都在此控制柜。
2.4 demo變頻器和逆變變頻器
配置了2臺rockwellautomation的powerflex7000變頻器，一臺功率是1000kw，專門用于帶動電機組中1000kw的m1電動機，主要用途是在沒有被測試變頻器時進(jìn)行帶載演示和電機檢修測試。另一臺的功率為2000kw，稱為regen變頻器，用于演示變頻器或被試變頻器帶載運轉(zhuǎn)時加載，它接到再生電機m3，當(dāng)m1或m2電機運轉(zhuǎn)時，令regen變頻器處于制動狀態(tài)，以速度線性或平方比例對主軸加載，并將能量逆變回饋送電網(wǎng)，從而節(jié)省能源。
2.5 控制部分
該套系統(tǒng)控制部分核心是rockwell automation的controllogix系列plc控制器，變頻試驗系統(tǒng)控制核心為rockwell automation的controllogix系列plc控制器，由cpu模塊、ethernet通信模塊、concholnet通訊模塊、i/o模塊等組成，控制高壓開關(guān)柜的各種連鎖，變頻變壓器的星/三角切換，輸出組別切換?？刂颇孀冏冾l器以速度線性或平方比例對主軸加載，接受上位機命令來完成各種指定操作。
2.6 上位機
上位機采用研華工控機。系統(tǒng)采用client/server架構(gòu)，多臺客戶機可以在不同位置通過ethernet訪問服務(wù)器，并且控制各個受控部件進(jìn)行變頻器測試。
3 功能實現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)設(shè)計
10kv進(jìn)線側(cè)由電壓互感器柜、受電柜、1號變壓器柜、2號變壓器柜、計量柜組成，將10kv電網(wǎng)電壓通過兩臺進(jìn)線變壓器降為6.3kv電壓，6.3kv分別通過兩段受電柜接于兩段母線上， 6.3kv兩段母線通過斷路器隔離刀閘實現(xiàn)母聯(lián)，逆變變壓器一次側(cè)通過逆變變壓器控制柜與6kv母線連接，二次側(cè)通過10kv饋出柜、6kv饋出柜、3kv饋出柜、18脈沖饋出柜與被測變頻器連接，可以根據(jù)被測變頻器額定電壓選擇逆變變壓器輸出電壓（10kv、6kv、3kv），根據(jù)被測變頻器功率選擇電機功率。m1、m2電機作為負(fù)載電機，m3電機作為再生發(fā)電機接于逆變變頻器上，這樣就可以通過控制逆變變頻器以速度線性或平方比例對主軸加載，接受上位機命令來完成各種指定操作，實現(xiàn)不同的測試目的。圖中g(shù)15開關(guān)柜是為以后擴容成5000kw負(fù)載用的。一次系統(tǒng)圖如圖1所示。
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3.2 上位機組態(tài)
為了操作方便和安全，所有高壓操作都是通過上位機遠(yuǎn)程操作，因此需要設(shè)計如下界面。
3.2.1 母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)界面
實現(xiàn)功能：顯示1#、2#進(jìn)線變壓器輸出受電柜的開關(guān)狀態(tài)、6kv母線開關(guān)狀態(tài)及開關(guān)所處的位置（見圖2）。
圖2 母聯(lián)開關(guān)狀態(tài)界面
3.2.2 開關(guān)操作界面
實現(xiàn)功能
（1）顯示變頻變壓器進(jìn)線開關(guān)、m1電機控制接觸器、m2電機控制接觸器、m3電機控制接觸器狀態(tài)顯示;
（2）6kv母線電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)顯示;
?。?）變頻變壓器進(jìn)線斷路器控制g2“啟、停，按鈕”點擊控制g2合分;
?。?）變頻變壓器星/角轉(zhuǎn)換鍵，控制變頻變壓器一次星接或角接;
?。?）變頻變壓器輸出轉(zhuǎn)換鍵，根據(jù)被測變頻器類型選擇操作不同的轉(zhuǎn)換鍵。
通過圖3界面設(shè)置保證高壓操作的安全，可靠，防止誤操作的發(fā)生。
3.2.3 電機監(jiān)控界面
實現(xiàn)功能為實時監(jiān)測：
（1）檢測各個電機的軸承溫度、定子溫度;
?。?）扭矩監(jiān)測;
（3）輸出功率監(jiān)測，保證電機正常運行。
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3.2.4 regen變頻器控制界面
實現(xiàn)功能：通過此界面控制regen變頻器按照預(yù)先設(shè)定程序工作（見圖5）。
3.2.5階梯負(fù)載設(shè)定界面
實現(xiàn)功能：通過設(shè)定負(fù)載扭矩百分比和每一扭矩工作時間來控制regen變頻器按設(shè)定扭拒和時間輸出，從而使被測變頻器按階梯負(fù)載工作（見圖6）。
3.2.6 plc編程
?。?）用一個input模塊，一個output模塊，采集各高壓控制柜的高壓開關(guān)狀態(tài)，及電機扭矩溫度等模擬量，控制各高壓開關(guān)的合分，及開關(guān)之間的互鎖，并上傳到上位機。
?。?）regen變頻器給定命令編程，根據(jù)測試要求對regen變頻器給定命令編程，使其模擬不同工況工作，達(dá)到測試變頻器的目的。
?。?）與上位機通訊，接收上位機控制命令，并執(zhí)行，上傳設(shè)備狀態(tài)，在上位機上顯示。
3.3 regen功能實現(xiàn)
regen變頻器是采用羅克韋爾powerflex7000系列dtd型變頻器，輸入輸出采用sgct功率器件串聯(lián)，進(jìn)線側(cè)和電機側(cè)濾波電容中性點之間連接一電阻來消除共模電壓，這樣進(jìn)線側(cè)不需隔離變壓器，由于電流型變頻器直流環(huán)節(jié)是電抗器而不是電容器，并采用了對稱的功率器件，直流側(cè)電壓方向可以改變，因此可將電機電能回饋電網(wǎng)，實現(xiàn)四象限運行。如圖7所示。
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4 此系統(tǒng)可測試的功能項目
4.1 變頻器負(fù)載特性試驗
變頻器的負(fù)載特性是變頻器的最重要的特性之一，一套變頻器轉(zhuǎn)矩特性的好壞，將直接影響用戶工況性能的優(yōu)劣。在本試驗平臺上可以進(jìn)行：
?。?）與電機速度成正比例的負(fù)載特性試驗;
?。?）與電機速度平方成比例的負(fù)載特性試驗;
?。?）階梯仿真負(fù)載特性試驗，如圖8所示;
（4）用戶自定義負(fù)載特性試驗。
4.2 變頻器實載長期考核及老化試驗
根據(jù)不同現(xiàn)場工況要求，設(shè)計好負(fù)載特性以后，讓被試變頻器按用戶規(guī)定時間長期運行，以考核被試變頻器的長期可靠性。
4.3 變頻器功率器件溫升試驗
在實載狀態(tài)下，測量被試變頻器功率器件的溫度變化情況，為用戶提供變頻器設(shè)計研發(fā)的必要技術(shù)數(shù)據(jù)。
4.4 變頻器變壓器溫升試驗
在實載狀態(tài)下，測量被試變頻器變壓器的溫度變化情況，為用戶提供變頻器變壓器設(shè)計的必要技術(shù)數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語
此高壓變頻器測試系統(tǒng)在實際應(yīng)用中得到了驗證（jze變頻器、rockwell變頻器都是經(jīng)過此測試系統(tǒng)的全項測試出廠的），此系統(tǒng)操作簡單，安全可靠，對被測變頻器的各項試驗都能達(dá)到滿意的效果，由于regen變頻器將再生發(fā)電機的電能饋送到電網(wǎng)，節(jié)省了能源。特別是對特殊負(fù)載特性的試驗只要plc軟件編程就可以實現(xiàn)，極其方便。但也因其設(shè)計復(fù)雜，成本高，需要有一定實力的公司才能建造。
（轉(zhuǎn)載）
