ДВУХТРАНСФОРМАТОРНАЯ СХЕМА Оптимальное решение для управления двигателями 6 и 10 кВ

ДВУХТРАНСФОРМАТОРНАЯ СХЕМА
Оптимальное решение для
управления двигателями 6 и 10 кВ
Системы регулирования высоковольтных двигателей
Двигатели мощностью от 400 до 1250 кВт с напряжением 6 и 10 кВ применяются для привода насосных и вентиляторных
агрегатов в различных отраслях промышленности. Для данных двигателей Vacon предлагает систему регулирования
состоящую из низковольных преобразователей частоты и согласующих трансформаторов. Данная схема называется
«Двухтрансформаторная» (сокращенно «ДТС»). Обычно преобразование частоты производится на уровне напряжения 690 В,
при этом используются стандартные согласующие трансформаторы: «понижающий» (6/0.69 кВ) и «повышающий» (0.67/6
кВ). Обязательным компонентом ДТС является синус-фильтр, устанавливаемый на выходе преобразователя частоты.
Топология системы представлена на рисунке:
6000 В
690 В
690 В
670 В
IПЧ
Iф
PT2
Ячейка
6 кВ
Понижающий Преобразователь
трансформатор
частоты
6000 В
IДв
PПЧ
Синусфильтр
Повышающий
трансформатор
PТ1
M
PМ
Двигатель и приводимый
механизм
Двухтрансформаторная схема имеет ряд преимуществ:
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
предельная гибкость в выборе напряжения питания двигателя (2-13 кВ)
гальваническая изоляция системы благодаря наличию трансформаторов
отсутствие воздействия на обмотку двигателя высокочастотных составляющих тока (высших гармонических), что
значительно увеличивает ресурс двигателя и делает возможным использование частотного регулирования для
электродвигателей уже выработавших значительную часть своего ресурса
отсутствие подшипниковых токов благодаря фильтру и гальванической изоляции
низкий уровень шума двигателя благодаря почти идеальной синусоидальности тока и напряжения
возможность использования кабеля длиной до 300 м (со специальным выходным трансформатором – до 1 км)
возможность работы в «плавающих» сетях
разумная цена по сравнению с дорогими высоковольтными преобразователями
используется хорошо испытанная низковольтная технология
трансформаторы могут находиться на удалении от преобразователя частоты
По габаритам ДТС не уступает высоковольтным системам частотного регулирования аналогичной мощности.
Система обеспечивает все защиты, реализуемые преобразователем частоты: от короткого замыкания, от перегрузки по току,
от обрыва фазы на входе/выходе, от заклинивания двигателя, недогрузки (сухого хода) двигателя, перегрева
преобразователя, потери управления и другие.
Управление системой может осуществляться: с панели управления преобразователя частоты, устройств дистанционного
управления (например, пульта дистанционного управления), с помощью промышленных сетевых протоколов, персонального
компьютера.
Преобразователь частоты размещается в шкафу со степенью защиты IP21 или IP 54, состоящем из двух секций. В основной
секции размещаются модуль преобразователя и вводные защитные устройства, в дополнительной секции – выходной синус–
фильтр. В качестве входных защитных устройств могут использоваться (по выбору заказчика) автоматический выключатель,
блок предохранителей, разъединитель с предохранителями. В основной секции на входе преобразователя частоты также
может устанавливаться контактор и/или разъединитель (рубильник).
Подобрать компоненты систем частотного регулирования можно с помощью таблицы:
Мощность
понижающего
трансформатора,
Мощность
двигателя
IДв, А
PМ, кВт*
Мощность
повышающего
трансформатора,
Преобразователь частоты Vacon с опциями
(шкафное исполнение)
PТ1, кВА**
PПЧ, кВА
IПЧ, А
I Ф, А
Тип
PТ2, кВА
39
315
385
461
385
395
NXC03856
406
42
355
415
498
416
427
NXC04166
437
46
400
454
550
460
472
NXC04606
479
52
450
513
600
502
515
NXC05026
541
61
500
602
706
590
605
NXC05906
634
68
630
671
777
650
667
NXC06506
707
78
710
770
896
750
769
NXC07506
811
85
800
839
980
820
841
NXC08206
884
95
900
938
1100
920
943
NXC09206
988
107
1000
1056
1231
1030
1056
NXC10306
1112
123
1100
1214
1411
1180
1210
NXC11806
1279
* Мощность двигателя не является надежным ориентиром для выбора преобразователя частоты. Выбор преобразователя
осуществляется исходя из номинального тока двигателя IДв.
** При расчете мощности понижающего трансформатора cosф двигателя принимался равным 0,85.
Системы мощностью свыше 1100 кВт обсуждаются с представительством Vacon.
CH
T1H
T1D
T2H
CD
T1W
CW
T2D
T2W
Габаритные размеры и массу систем частотного регулирования и трансформаторов можно определить с помощью таблицы:
Мощность
высоковольтного
двигателя
кВт
Понижающий трансформатор
производства Trafotek**
PМ,
Преобразователь частоты Vacon с опциями
(шкафное исполнение)
Повышающий трансформатор
производства Trafotek
Т1W, см
Т1H, см
Т1D, см
масса, кг
CW, см
CH, см
CD, см
масса, кг
Т2W, см
Т2H, см
Т2D, см
масса, кг
315
124
156
80
1720
120
220
60
450
124
156
80
1720
355
124
156
80
1720
120
220
60
450
148
167
80
2150
400
148
167
80
2000
140
220
60
600
148
167
80
2150
450
148
167
80
2200
140
220
60
600
148
167
80
2350
500
148
167
80
2200
140
220
60
600
170
176
110
2970
630
170
176
110
2970
180
220
60
800
170
176
110
2970
710
170
176
110
2970
180
220
60
800
148
195
80
2970
800
170
176
110
2970
180
220
60
800
148
195
80
2970
900
170
210
110
3500
180
220
60
920
170
210
110
3650
1000
170
210
110
3900
180
220
60
1100
170
210
110
4200
1100
170
210
110
3900
180
220
60
1100
170
210
110
4200
** Vacon обычно использует трансформаторы Trafotek (Финляндия). Данные трансформаторы – сухого типа, с защитой IP23.
Высоковольтная система, приведенная к низковольтной
Для агрегатов мощностью от 200 до 400 кВт
экономически оправдана замена
высоковольтного двигателя на низковольтный
и установка системы регулирования с
понижающим трансформатором (6/0.4 кВ или
6/0.69 кВ) и низковольтным преобразователем частоты. При уровне напряжения 690 В
преобразователь частоты оснащается
выходным dU/dt-фильтром; при уровне
напряжения 400 В на выходе
преобразователя частоты в качестве фильтра
устанавливаются ферритовые кольца.
6000 В
M
PПЧ
PT
Ячейка
6 кВ
Понижающий Преобразователь dU/dtтрансформатор
частоты
фильтр
PМ
Двигатель и приводимый
механизм
Преобразователь частоты размещается в шкафу со степенью
защиты IP21 или IP 54, состоящем из двух секций. В основной
секции размещаются модуль преобразователя и вводные
защитные устройства, в дополнительной секции – выходной
dU/dt–фильтр. В качестве входных защитных устройств могут
использоваться (по выбору заказчика) автоматический
выключатель, блок предохранителей, разъединитель с предохранителями. В основной секции на входе преобразователя
частоты также может устанавливаться контактор и/или
разъединитель (рубильник).
TH
TW
690 В
IДв
CH
TD
690 В
CD
CW
По следующей таблице можно определить тип габариты и массу преобразователя частоты, а также мощность понижающего
трансформатора и его ориентировочные габариты и массу в случае, если устанавливается двигатель 690 В.
В таблице: «IДв, А (6000 В)» – ток существующего высоковольтного двигателя,
«IДв, А (690 В)» – ток низковольтного двигателя аналогичной мощности, который устанавливается вместо высоковольтного.
Мощность
высоковольтного
Преобразователь частоты Vacon с опциями
(шкафное исполнение)
Трансформатор Trafotek
IДв, А
IДв, А
(6000 В)
(690 В)
Тип
CW, см
CH, см
PТ, кВА
TW, см
TH, см
TD, см
масса, кг
200
26
225
NXC02616
100
220
60
450
270
123
136
67
1310
250
31
261
NXC02616
100
220
60
450
315
123
136
67
1470
315
38
325
NXC03256
100
220
60
450
390
124
156
80
1720
355
45
385
NXC03856
100
220
60
450
465
148
167
80
2000
400
48
416
NXC04166
100
220
60
450
500
148
167
80
2200
двигателя
кВт*
PМ,
CD, см масса, кг
*Мощность двигателя не является надежным ориентиром для выбора преобразователя частоты. Выбор преобразователя
осуществляется исходя из номинального тока двигателя.
Ферритовые кольца, устанавливаемые на
выходе преобразователя частоты в качестве
фильтра при уровне напряжения 400 В,
размещаются в основной секции. Таким
образом дополнительная секция не требуется
и решение с уровнем напряжения 400 В
более компактно, чем с уровнем напряжения
690 В.
6000 В
400 В
400 В
M
PПЧ
PT
Ячейка
6 кВ
PМ
Понижающий Преобразователь Ферритовые Двигатель и приводимый
трансформатор
частоты
кольца
механизм
По следующей таблице можно определить тип габариты и массу преобразователя частоты, а также мощность понижающего
трансформатора и его ориентировочные габариты и массу в случае, если устанавливается двигатель 400 В.
Мощность
высоковольтного
Преобразователь частоты Vacon с опциями
(шкафное исполнение)
Трансформатор Trafotek
IДв, А
IДв, А
(6000 В)
(400 В)
Тип
CW, см
CH, см
PТ, кВА
TW, см
TH, см
TD, см
масса, кг
200
26
385
NXC03855
60
220
60
450
270
123
136
67
1310
250
31
460
NXC04605
60
220
60
450
320
123
136
67
1470
250
35
520
NXC05205
60
220
60
450
365
123
136
67
1470
315
40
590
NXC05905
80
220
60
650
410
124
156
80
1720
355
44
650
NXC06505
80
220
60
650
455
148
167
80
2200
400
49
730
NXC07305
80
220
60
650
510
148
167
80
2200
двигателя
кВт
PМ,
CD, см масса, кг
Синус-фильтр
Одним из ключевых элементов системы является синус-фильтр, который устанавливается на выходе ПЧ, перед повышающим
трансформатором. Синус-фильтр сглаживает высокочастотные составляюшие, имеющие место в кривой напряжения как
следствие широтно-импульсной модуляции. Благодаря этому на повышаюший трансформатор поступает кривая напряжения
близкая к синусоиде.
Осциллограмма напряжения на выходе ПЧ:
Осциллограмма напряжения на выходе синус-фильтра:
12- и 18-импульсная топологии
С целью снижения влияния системы ЧРП на питающую сеть для мощностей свыше 1 МВт используется 12-импульсная схема
выпрямления (на схеме внизу) или 18-импульсная схема.
6000 В
690 В
690 В
670 В
IПЧ
Iф
PT2
Ячейка
6 кВ
Понижающий
3-обмоточный Преобразователь
трансформатор
частоты
6000 В
IДв
PПЧ
Синусфильтр
Повышающий
трансформатор
PТ1
M
PМ
Двигатель и приводимый
механизм
По сравнению со стандартной 6-импульсной схемой, где используются стандартные распределительные 2-обмоточные
трансформаторы, в 12- и 18-импульсной схемах используются многообмоточные - 3-х или 4-обмоточные понижающие
трансформаторы с фазовым сдвигом вторичных обмоток. Соответственно изменяется и структура выпрямителя
преобразователя частоты.
Влияние системы ЧРП на сеть зависит не только от
мощности и схемы ЧРП, но и от параметров сети,
таких как мощность и сопротивление короткого
замыкания.
Данные ориентировочного сравнения различных
топологий, проведенного путем сопоставления
гармонических
спектров,
представлены
на
диаграмме справа.
Следует отметить, что уже 12-импульсная схема
обеспечивает
низкий
уровень
гармонических
искажений,
приемлемый
для
большинства
применений. При использовании 18-импульсной
схемы уровень гармонических искажений в
питающей сети определяется уже не работой
системы ЧРП, а наличием прочих силовых
устройств в сети.
В качестве примера ниже представлено описание
понижающего трансформатора и преобразователя
частоты для 18-импульсной схемы.
Входной (понижающий) трансформатор имеет три
вторичных
обмотки.
Преобразователь
частоты
(справа), соответственно, имеет три выпрямительных
модуля.
Модули
выпрямителя
Конденсаторы
синус-фильтра
Модули
инвертора
Входные дроссели
Следует иметь в
двухобмоточный.
виду,
что
трансформатор
с
тремя
вторичными
обмотками
Дроссель синус-фильтра
более
габаритный,
чем
стандартный
Системы Vacon могут дополнительно комплектоваться источниками бесперебойного питания (UPS), устройствами контроля
состояния изоляции кабеля между ЧРП и двигателем (Bender).
Управление группами насосных агрегатов
На базе двухтрансформаторой схемы (ДТС) Vacon возможно построение системы для последовательного пуска и плавного
регулирования группы насосов. Система состоит ДТС Vacon, секций выходного и байпасного контакторов (высоковольтные
ячейки), секции входного контактора и системы управления. Функционирует система следующим образом. Двигатель,
управляемый от ЧРП, разгоняется до номинальной частоты (50 Гц), затем осуществляется синхронизация с сетью и
переключение двигателя напрямую в сеть посредством высоковольтной ячейки. После переключения ЧРП может разгонять
следующий двигатель, если это необходимо.
6(10) кВ
Высоковольтная
ячейка
Высоковольтная
ячейка
Высоковольтная
ячейка
ПЛК
ПЛК
ПЛК
Высоковольтная
ячейка
Ethernet
ДТС
Vacon
Система
управления
Аварийный останов
Аварийный
останов
M4
Аварийный
останов
Аварийный
останов
M5
M
M1
M2
M3
M6
M
M
Возможны другие топологии и алгоритмы функционирования системы. Например, вместо высоковольтных ячеек могут
использоваться устройства плавного пуска.
Удельная стоимость, Евро/кВт
Двухтрансформаторная схема – наиболее экономичное решение для 6 кВ
Высоковольтные
привода
200
ДТС
Схема с заменой
двигателя 60,4 кВ
100
200
400
1000
На рисунке представлены ориентировочные удельные (на
кВт мощности) стоимостные показатели для различных
схемных решений. Данные показатели характерны для
российского рынка. Очевидно, что ДТС является наиболее
экономически выгодным схемным решением с диапазоне
мощностей от 400 до 1250 кВт. Для мощностей ниже 400 кВт
решение с заменой высоковольтного двигателя на
низковольтный является наиболее оптимальным.
1500
Мощность, кВт
На сегодняшний день ДТС является схемой, наиболее соответствующей требованиям российского рынка. Это подтверждается,
в частности, большим количеством систем внедренных Vacon в последние годы.
Системы регулирования Vacon для двигателей 6 кВ внедренные в России
Дата ввода в
эксплуатацию
Город
Предприятие
Агрегат
Мощность
двигателя,
кВт
Кол-во
систем
Март 2002
Псков
МУП «Псковские тепловые сети»
Сетевые насосы
630
2
Октябрь 2003
Нижнекамск
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Нижнекамская ТЭЦ-1
Сетевой насос
630
1
Октябрь 2003
Витебск
ВКХ Водоканал г. Витебска
Насос
630
1
Декабрь 2003
Казань
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Казанская ТЭЦ-3
Сетевой насос
710
1
Январь 2004
Наб. Челны
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Набережночелнинская ТЭЦ
Сетевой насос
630
1
Февраль 2004
Псков
МУП «Псковские тепловые сети»
Сетевые насосы
500
2
Март 2004
Нижнекамск
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Нижнекамский район КТС
Сетевой насос
500
1
Апрель 2004
Нижнекамск
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Нижнекамский район КТС
Сетевой насос
320
1
Май 2004
Наб. Челны
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Набережночелнинская ТЭЦ
Сетевой насос
710
1
Июнь 2004
пос. Айхал,
Якутия
АК «АЛРОСА» Фабрика №14 Айхальского ГОКа
Насосы перекачки пульпы
1000
2
Январь 2005
Казань
ОАО «ТАТЭНЕРГО», Казанские тепловые сети
Сетевой насос
630
1
Декабрь 2004
Сыктывкар
Насосная станция второго подъема
Насосы
500
1
Декабрь 2004
пос.
Удачный,
Якутия
АК «АЛРОСА», Ф-ка №12 Удачнинского ГОКа
Насосы
перекачки
пульпы
1000
1
Июль 2005
Ярославль
Водоканал г. Ярославля
Насосы
800
1
Февраль 2006
Хабаровск
ОАО «НК «Роснефть»
Насосы перекачки нефти
630
3
Апрель 2006
Ярославль
Водоканал г. Ярославля
Насосы
630
2
Апрель 2006
Ярославль
Водоканал г. Ярославля
Насосы
800
2
Май 2006
пос. Айхал,
Якутия
АК «АЛРОСА» Ф-ка №14 Айхальского ГОКа
Насосы перекачки пульпы
1000**
1
Май 2006
пос. Айхал,
Якутия
АК «АЛРОСА» Ф-ка №14 Айхальского ГОКа
Насосы перекачки пульпы
800**
1
Май 2006
Москва
РТС «Ленино-Дачное»
Насос
800*
1
*12-импульсная схема. **18-импульсная схема.
Контактная информация Vacon в России
Представительство компании Vacon в
России
ЗАО "Вакон Драйвз"
119180, Москва,Россия
ул. Большая Якиманка, д.31, строение 18
Тел.: +7 095 974 14 47
Факс: +7 095 974 15 54
www.ru.vacon.com
E-mail: [email protected]
Филиал ЗАО "Вакон Драйвз" в Санкт-Петербурге
191036, Санкт-Петербург, Россия
ул. 2-ая Советсткая, д.7, офис 210А
Тел.: +7 095 974 14 47
Факс: +7 095 974 15 54
E-mail: [email protected]
Партнеры Vacon в России
"Алекто-Электроникс" Фирма” ООО
644046, г. Омск-46
пр-т К.Маркса, 41
Тел. (3812) 30 36 75, 30 37 65
Факс (3812) 31 00 33
E-mail: [email protected]
www.alektogroup.com
“НУМЕРИКС” ООО
Россия, 107113, г.Москва
ул. Сокольнический вал д.1КВЦ "Сокольники" павильон
№5 оф.45
Тел. (095) 268 64 28
Тел./факс (095) 913 82 28
E-mail: [email protected]
www.numerix.ru
"Тюменьэнергосервис" ЗАО
628406, г. Сургут
пос. Кедровый 6, Стройбаза ГРЭС
Тел. (3462) 76 40 82; 77 18 28
Факс (3462) 77 19 32; 76 51 50
E-mail: [email protected]
"УралОРГРЭС" ОАО
620049, г. Екатеринбург
пер. Автоматики, д.3
Тел. (3432) 74 21 72
Факс (3432) 74 79 07
E-mail: [email protected]
http://uralorgres.ur.ru/
Партнеры Vacon в России, авторизованные в качестве сервисных центров
Предприятие ТЕПЛОТЭКС ОАО "МОЭК"
"НПФ Мехатроникс" ООО
127018, г. Москва
3-й проезд Марьиной рощи, 40
Тел. (095) 111 61 04
Факс (095) 726 78 15
E-mail: [email protected]
www.mechatronics.ru
103064, г. Москва
Нижний Сусальный пер., 3
Тел. (095) 775 23 87
Моб.тел. 8 926 217 50 23
E-mail: [email protected]
www.teplotex.ru
Инженерный Центр "АРТ” ЗАО
"НАТАЛИ" ООО
624130, Свердловская область, г. Новоуральск
ул. Герцена, д.2, кв. 7
Тел. (34370) 5 60 57;
Факс (34370) 9 10 41
E-mail: [email protected]
www.nataly-nov.ru
"Новые технологии и бизнес" ООО
167026, Республика Коми, г. Сыктывкар
ул. Мира, 64
Тел./факс (8212) 62 52 49
Шарапов Алексей Петрович, технический директор
E-mail: [email protected]
191185, г.Санкт-Петербург
ул. Захарьевская, 22
Тел. (812) 272 66 03
Факс (812) 279 33 24
E-mail: [email protected]
"КамЭнергоРемонт" ООО
423582, Татарстан
Нижнекамск-12
Тел. (8552) 55 18 37
Факс (8552) 55 03 46
E-mail: [email protected]
www.kamenergoremont.ru