1 变频调速系统组成
主要由10kV开关柜、隔离变压器、变频器、预充磁、MCC、UPS组成。
1.1 10kV开关柜
采用厦门ABB开关有限公司10kV开关柜，全称UniGear ZS1铠装式金属封闭式开关设备，向变频调速系统中隔离变压器提供电能。开关柜由固定的柜体和真空断路器组成，柜体分3个隔间:断路器室、电缆室、低压室。断路器室为金属全封闭，位于开关柜中部，内部有VD4型真空断路器、电压互感器、电流互感器，断路器是变频调速系统的电源开关，电压互感器用于电压检测，电流互感器用于电流检测。电缆室位于开关柜底部，内部有断路器出线电缆、避雷器、接地开关等。低压室位于开关柜顶部，内部有开关柜辅助和控制电源、检测保护装置，实现对开关柜下游设备的过流速断、低电压跳闸、过负荷报警等保护。开关柜内部高温至设备损坏风险，因此低压室装有温湿度检测装置，对整个开关柜进行温度、湿度检测，提高开关柜安全运行性。
1.2隔离变压器
采用德国ASA公司DOHX型具有矿物油加注的三相油浸式变压器（隔离变压器），接收10kV开关柜电能，转化适合电压等级后给变频器供电。隔离变压器主要由铁芯及铁芯上缠绕的绕组组成，采用7绕组变压器，一次侧1个绕组，星形连接方式；二次侧6个绕组，连接方式依次为星形、星形、星形、三角形、三角形、三角形，输出侧每相电相位差20 o，隔离变压器一次侧电压等级为10kV，二次侧电压等级为1500V。
隔离变压器作用为变压、隔离和滤波。一方面变压器通过特殊的绕组结构和连接组别为变频器提供电压等级为1500V的电能，满足变频器的36脉动整流需求；隔离变压器可以使一次侧和二次侧电气完全绝缘，使回路隔离，和电源没有直接的连接；利用隔离变压器铁芯高频损耗大的特点，经过电磁感应后将高变频谐波“滤”除。
1.3西门子变频器
变频器通过对供电频率转换实现电动机转速的自动调节，把50Hz固定电网频率改为变化的频率，并使电源电压调整到一定适应范围。频率和交流异步电动机转速的关系：n=(1-s) 60f/p，n电机转速，s滑差，p电机极对数，f电机运行频率。增压站采用西门子GM150型变频器，该变频器为中压交直流电压源型变频器，采用U/F控制，该变频器直流环节采用电容滤波，为电压源型变频器。主要参数如下：额定电压1500V，额定电流1600A，视在功率11000kVA。
GM150型变频器主要由进线整流单元、逆变单元、滤波单元、控制单元、水冷单元等5个单元及其附件组成。整流单元作用是将交流电能转化为直流电能并对电容进行充电，为逆变单元提供直流电能；逆变单元作用是将直流电能转化为近似正弦的交流电能，为电机供电；控制单元作用是对整个变频器各个单元工作进行测量、监视和控制；水冷单元作用是对工作中变频器进行降温，保证变频器正常工作。滤波单元作用是对逆变后的交流电能进行滤波、对变频器到压缩机主电机电缆的分布电容进行补偿。
GM150型变频器工作原理：工频交流电经过整理单元整流为36脉冲近似直流电送人直流回路电容器，经过电容稳压、滤波后将直流电压（6500V）送人3电平逆变器逆变为不同频率、幅值方波，最后经过控制器程序逻辑叠加为近似正弦波的交流电，控制压缩机主电机的转速。
1.4预充磁设备
隔离变压器直接启动会产生励磁涌流导致启动电流很大，造成设备损坏、保护动作等。为了抑制隔离变压器的励磁涌流，加装预充磁设备，减小启动电流；预充磁设备主要由预充磁变压器、开关和控制回路组成，通过预充磁变压器到隔离变压器的线路输送到隔离变压器。
1.5 MCC、UPS
增压站采用西门子低压配电柜MCC、主要由各个配电抽屉组成，MCC称为马达控制中心，各个配电抽屉实现了远程停送电，安全性、可靠性相比普通开关柜大为提高。MCC为预充磁设备提供充磁电源、预充磁设备的控制电源、变频器的风扇、照明灯辅助电源、变频器的预充电源、变频器水冷单元电源、压缩机电机辅助电源。
UPS（Uninterruptible Power System）,即不间断电源，含有储能装置，逆变器作为主要组成部分的恒压横频不间断电源，正常交流供电中断时，将蓄电池输出的直流交换为交流持续供电的电源设备；UPS主要为变频器控制器提供可靠稳定的电源供给。
2 变频调速系统运行
2.1 变频调速系统启动过程
直流母线中电容器作用：整流单元输出直流电压是脉动的，为了滤除其中的交流成分，使其成为平滑直流电，在其后加电容器滤波电路。如果直接启动变频器，此滤波电容电压会瞬间充压至6500V，将产生很大的电容充电电流，可能烧毁元器件，因此启动变频器之前必须对滤波电容进行预充电，逐渐提高电容充电电压，直至达到6500V。
GM150型变频调速系统的启动过程如下：①、变频器收到启动指令，水冷单元启动；②、隔离变压器预充磁10s；③、变频器预充电，充电完成后变频器发出合闸指令；④、10kV开关柜断路器合闸；⑤、隔离变压器启动；⑥、变频器启动；⑦、变频器输出功率、电压可变的交流电。
4 故障处理
4.1 变频调速系统设备兼容问题
变频调速系统设备兼容问题，按照电气图纸完成施工进行变频调速系统调试时，断路器不合闸，调速系统无法启动。
GM150变频器、DOHX隔离变压器继电控制原理：变频器正常工作时，继电器常闭触点闭合，当常闭触点打开时变频器发出报警信号或断路器分闸信号。而UniGearZS1开关柜的继电控制原理是：开关柜正常工作时，继电器常开触点打开，当常开触点闭合时开关柜发出报警信号或断路器分闸信号。
该变频调速系统UniGearZS1开关柜断路器控制回路中接入了隔离变压器瓦斯跳闸、油超温跳闸、压力跳闸3个用于跳闸信号的继电器常闭触点，即隔离变压器正常工作时有3个跳闸信号作用于断路器，断路器是无法启动的，变频调速系统也无法启动。
解决方法：DOHX隔离变压器引出的3个跳闸信号在出厂时采用的是继电器常闭触点打开时发出跳闸信号，此外还有一组联动的常开触点；把隔离变压器的3个跳闸信号从常闭触点改接到常开触点，隔离变压器正常运行时断路器无跳闸信号，隔离变压器保护动作时，继电器常开触点闭合，断路器接收跳闸信号进行跳闸。
4.2 变频调速系统中预充磁设备优化
预充磁设备进行预充磁时，电能从预充磁变压器出线侧接入隔离变压器出线电缆，进而反馈到隔离变压器。预充磁时，预充磁变压器启动给隔离变压器充磁10S,之后预充磁变压器停止运行。预充磁变压器出线侧和隔离变压器出线侧连通，导致预充磁结束后预充磁变压器仍带电，电压1500V，增加了设备额外带电范围和预充磁变压器损坏几率。
解决方法：1、可在预充磁变压器出线侧和隔离变压器出线侧之间线路上加装断路器，进行预充磁时断路器闭合，预充磁完毕后断路器断开。2、如果是对已建成设备进行改造，该断路器可以进行人工控制；如果是新建预充磁设备，可以将该断路器的控制加入到预充磁设备控制逻辑中，进行自动分合控制。
4.3水循环系统优化
GM150变频器水冷单元循环水分内循环水和外循环水，内循环水是去离子水，用于变频器内部降温；外循环水是普通净水，经过换热器给内循环水降温，外循环水压力不能超过0.6MPa。GM150变频器在出厂时，水冷单元只有外循环水接入口，无法检测外循环水压力、温度等，同时外循环水中杂质易损坏换热器。
解决方法：在外循环水管路上加装一套过滤条件装置，包括过滤器、流量调节阀、加热器、温度传感器、压力传感器、控制器等，实现以下功能：①能够过滤外循环水中杂质，且易于更换滤网；②能够检测并自动调节外循环水压力，维持压力在合适范围内；③能够检测内循环水温度，在内循环水温度升高时，增大外循环水流量加强与内循环水的换热；④在冬天气温严寒时，能够给外循环水加热使其温度大于5℃。
4.4自控故障处理：
问题一：1#机组UCP机柜显示屏界面无法启动。
问题原因及解决：
1、在1#机组UCP电脑打开Licene Manager软件，找到Licene keys -System(c:)发现第8项license错误，
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2、联系西门子软件支持提供code。在获得新的code之后，执行license key选项中的check命令，第8项license恢复正确。
3、重新启动ucp电脑，恢复正常。
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问题二：SYSTEM 1电脑界面无法登陆
问题分析：在System1 软件界面，重新建立与本特利3500之间的通讯连接，测试连接质量。连接成功后，System1 软件恢复正常。
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问题三：1#压缩机停机时，无法选择保压停机和放空停机，直接从53步跳跃到最后停机。
问题分析：通过检查停机逻辑程序，通过对1、2、3#机进行比对分析，重新设置DB17DB22×223.0”v_SEQ”CMD_STOP_SEQ.default=0，1、3#停机逻辑恢复正常。
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问题四：1、2#压缩机电压数据传输不正确，电压值和变电所实际电压值差距明显。
解 决：更改1、2#压缩机电压量程，GM150-PZD2 的量程更改为0-4160V，
并对三台主电机的监测数据名称进行同意更改。
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问题五：2#高位油液位故障
解 决：通过对LI981B仪表进行现场检查，发现mode5量程下限和mode6量程上限设置错误，重新设置，将mode5量程下限设为0kpa，mode6量程上限设为-15.47kpa后即恢复正常。
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问题六： wiccc1号上位机电机加热器无法进行故障复位
问题解决：将2号上位机的图形文件复制到1号上位机，进行替换，即恢复正常。
5结束语
变频调速是调速系统发展趋势，性能好、效率高，变频调速系统各组成部分相互配合，缺一不可，最终实现变频调速；变频调速系统是精密设备，价格昂贵，运行中应加强检查维护，发现问题及时解决；变频调速系统可以进行优化改造，提高系统运行安全性、可靠性。
参考文献：
【1】陈伟凡 ，陈晓亮，高伟。 变电站10kV开关柜运行环境监控系统设计 【J】 电气技术，2016（9）：83-87.
【2】朱正会 隔离变压器在电网中的应用分析 【J】 电气技术， 2013（8）:80-88
【3】彭科，姚伟，唐正荣 浅谈变频调速的工作原理 【J】矿业研究与开发，2006:114-117
【4】张虹，陈智，吕振卯 变压器预励磁研究 【J】变压器，2011,48（4）:29-32
论文作者:李艳松
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
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