（1国网甘肃省电力公司检修公司 甘肃兰州 730070;2国网甘肃综合能源服务有限公司 甘肃兰州 730070;3国网甘肃省电力公司兰州供电公司 甘肃兰州 730070）
摘要：采用变频调节技术进行大型异步电动机的节能降耗，其取得的经济效益是显而易见的。但是由于设计及成本的原因，电动机变频装置在工频与变频之间的切换通常采用刀闸手动切换。如何可靠、有效地进行工频与变频之间的切换，防止发生误操作、造成人员及设备的伤害是本文讨论的主要问题。
关键词：异步电动机；变频调速；防误操作措施
1 引言
变频调速这一技术目前正越来越广泛的应用到各行各业的生产中，它具有节能、省力、易于构成自控系统等显著优势。应用变频调速技术也是改造挖潜、增加效益的一条有效途径，尤其是在高能耗、低产出的设备较多的企业，采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益[1]。
2 变频调节技术
变频器通过将固定频率、固定电压的公用电源转换为可变频率、可变电压的电源从而改变电机速度，这种变换是电子式的，无任何运动部件。变频器的控制对象是三相交流异步电机和三相交流同步电机。无论哪种形式都是电能不变化为其它形式的能量，而只是频率的变化。
2.1 变频调节的工作原理
变频器的结构，其由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路两部分组成。
2.1.1 主电路：由整流器、中间直流环节和逆变器三部分构成。主要任务是将交流电变换成直流电，在电源和电动机之间进行无功功率的交换，以及将直流电转换成交流电。
2.1.2 控制电路：常由运算电路、检测电路、控制信号输入/输出电路和驱动电路组成。主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等，其控制方法可以采用模拟控制或数字控制。
2.2 变频调节的节能作用
2.2.1 变频节能：当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下：P2／P1=（N2/N1）3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。
2.2.2 动态调整节能：迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。
2.2.3 通过变频自身的V/F功能节电：在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。
2.2.4 变频自带软启动节能：采用软启动后，启动电流可从0--电机额定电流之间调节，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。
2.2.5 提高功率因数节能：变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数较高，减少了无功损耗，在整个速度范围内典型值为0.95或更高，无需进行功率因数补偿。
3 变频调速系统的电气设计方案
火电厂凝结水泵电源一般采取一拖二自动工频／变频切换方案。即配备一台高压变频器，两台切换开关。通过切换开关把高压变频器切换到要运行的凝结水泵。
高压变频器即可以拖动1号凝结水泵电动机实现变频运行，也可以通过切换拖动2号凝结水泵电动机实现变频运行，但不能同时拖动两台凝结水泵电动机变频运行。两台凝结水泵电动机均具备工频旁路功能，可实现任意一台电动机的变频运行，另外一台处于工频备用。
图1 火电厂凝结水泵变频器系统图
如图1所示，4QF和1QF之间、5QF和2QF之间、4QF和5QF之间均存在电气闭锁和逻辑闭锁关系（4QF分闸允许5QF合闸、5QF分闸允许4QF合闸），防止高压变频器输出侧与6kV电源侧短路。1QF、2QF、3QF为现场运行设备，3QF、4QF、5QF只具备手动合闸功能。1号凝结泵变频运行时，断开1QF、闭合3QF、4QF开关，1号凝结泵处于变频运行状态，2号凝结泵处于工频备用状态。当1号凝结泵变频运行故障跳闸时，系统联锁起动2号凝结泵2QF开关工频运行；2号泵变频运行时，断开2QF、闭合3QF、5QF开关，2号凝结泵处于变频运行状态，1号凝结泵处于工频备用状态。当2号凝结泵变频运行故障跳闸时，系统联锁起动1号凝结泵1QF开关工频运行。
4 工频与变频切换及存在的问题分析
变频调速系统通常采用图1所示的方案，工频与变频切换可以实现自动切换。工程实际中考虑到到成本及电源接入的问题，工频与变频切换集中在变频装置的刀闸柜处，且采用手动切换。手动切换的条件：一是工频与变频切换时必须断开电源侧高压断路器，二是两台凝结水泵不能同时投入变频运行。如果任意一项不满足，在进行切换时会发生带负荷拉合刀闸的误操作事故。
某火电厂曾发生过类似事故。如图2所示，2016年12月5日，某电厂在进行“2号机A凝结水泵变频运行切换为B凝结水泵变频运行”操作过程中，发生带负荷拉刀闸的恶性误操作事故。造成所属厂用母线电压突降，运行中的2号机组锅炉给水流量低MFT保护动作，2号机组跳闸。
此次事故发生的主要原因是该厂的电气倒闸操作票项目中无“检查2号机B凝结水泵10kV开关QF3在分闸位置”的操作项，操作人员在QF3合闸状态下，对2号机组B凝结水泵电机变频双向切换刀闸QS2进行“工频/变频”的进行分闸操作，造成带负荷拉QS2刀闸的误操作事故发生。
图2 某电厂“工频/变频”切换操作示意图
5 解决方案
某火力发电厂一期投产了2台165MW的机组，二期扩建投产了2台300MW的机组，均属于热电联产机组。该火电厂平常要给周边的企业供给高温高压的蒸汽，冬季还要为城市供暖服务，为高能耗、低产出设备较多的老企业。企业所属的厂用设备有大量大型电动机负荷（3台凝结水泵、4台一次风机、8台吸风机和4台采暖水泵），为节能降耗加装了变频装置，为节约成本工频与变频切换均采用手动刀闸切换方式。由于变频装置较多，操作比较频繁，为防止误操作事故的发生，采取了以下两项有效的措施。
5.1 编写标准电气倒闸操作票
在标准操作票中规范操作过程，设置正确的操作逻辑和流程，操作过程加强“两票三制”的执行和三级监护，确保严格按照标准电气倒闸操作票执行。
图3 某电厂加装的变频装置五防闭锁图
图3中，QF1、QF2分别为B凝结水泵、C凝结水泵的高压开关，QS1、QS2刀闸为B凝结水泵切换“变频/工频”刀闸，QS4、QS5刀闸为C凝结水泵切换“变频/工频”刀闸，QS2和QS5是单刀双头刀闸。两台凝结水泵均可在工频状态工作，投入变频状态时只能运行一台凝结水泵，另一台必须在工频状态，也就是两台凝结水泵禁止同时在变频状态下工作。B凝结水泵在工频状态要切换至变频状态时，需要检查B凝结水泵高压侧开关QF1处于冷备用，C凝结水泵处于工频状态，合上QS1、QS2刀闸，再合上B凝结水泵高压侧开关QF1，B凝结水泵方可在变频方式下运行。
5.2 在工频与变频手动刀闸切换把手上加装五防闭锁装置
将刀闸原切换把手的销子拆除，装入重新设计的有孔洞的销子，然后将五防锁锁在孔洞中（如图5所示）。如此，不通过五防闭锁装置内设置的逻辑闭锁，五防锁打不开，无法进行操作，从而有效避免了误操作事故的发生。
6 结束语
通过较小的资金投入，加装强制性五防闭锁装置杜绝了误操作事故发生的根本来源，从技术上彻底解决了火电厂凝结水泵变频装置“变频/工频”切换过程存在的误操作风险；通过编写标准电气倒闸操作票，从管理上根除了误操作发生的风险来源，全面提升了操作过程的安全性和可靠性。
参考文献:
[1]崔向阳 刘敏龙 窦海春，变频调速技术在矿用设备中的应用，《商品与质量：建筑与发展》，2013年第1期，
作者简介
姚强（1975年），男，甘肃通渭人，硕士学位，高级工程师，从事电运维管理工作。
胡燕玲（1973年），女，甘肃临洮人，大学学历，工程师，从事发电厂及综合能源管理工作。
论文作者:姚强1,胡燕玲2,张建军3,贾占岳1,郭凯1,张万
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
标签：水泵论文; 操作论文; 电动机论文; 高压论文; 变频器论文; 装置论文; 电机论文; 《电力设备》2019年第9期论文;