首页 | 供应信息 | 求购信息  | 下载系统 | 技术资讯 | 企业信息 | 产品信息 | 论文信息 | 展会信息 | 在线工具
作者: 发布时间:2016-12-11 来源:北京合康亿盛变频科技股份有限公司 繁体版
引言核工业西南物理研究院建于20世纪60年代中期,隶属中国核工业集团公司,是我国最早从事核聚变能源开发的专业研究院。中国环流器二号A(HL-2A)是核工业西南物理研究院与德国马克斯•普朗克等离子体物理研究所(IPP)科技
引言




核工业西南物理研究院建于20世纪60年代中期,隶属中国核工业集团公司,是我国最早从事核聚变能源开发的专业研究院。中国环流器二号A(HL-2A)是核工业西南物理研究院与德国马克斯•普朗克等离子体物理研究所(IPP)科技合作建设而成的磁约束核聚变实验装置,是我国第一个具有先进偏滤器位形的非圆截面的托卡马克核聚变实验研究装置。




中国环流器二号M(HL-2M)是HL-2A的改造升级装置。HL-2M装置的建造目的是研究未来聚变堆相关物理及其关键技术。为保证环流器二号装置(HL-2M)能量的充足供应,采用脉冲发电机作为供电电源,机组采取机械储能、脉冲放电工作方式。运用合康提供的HIVERT-Y6/1200(6kV/10000kW)高压风水冷变频调速系统拖动8500kW电机进行变频调速,以满足不同工况下脉冲发电机组的启动、放电跟踪和再加速要求,并根据中央控制系统指令进行自动控制。




核工业脉冲发电机组工艺简介及要求




脉冲发电机是一种惯性储能技术,惯性储能是依靠物体运动来存储能量的方式,存储在高速旋转的飞轮或机械中的能量为旋转机械能。一般使用较小功率的拖动机构,以相对长的时间把一定质量的转子或飞轮慢慢地加速使其转动起来从而存储足够的动能,根据需要利用其转动惯性脉冲地驱动负载设备,把机械能转变为电磁能。

300MVA脉冲发电机组由8500kW绕线异步电动机及300MVA脉冲发电机组成为一同轴系联轴器连接,机组飞轮力矩为7300t.m2。 8500kW电动机作为机组的拖动电机,基本参数为6000V、991A,转子开路电压2498V、转子额定电流2062A。






图1  脉冲发电机




风水冷高压变频器技术总体方案




根据电机参数,选用HIVERT-Y6/1200(6kV/10000kW)高压变频装置,额定输出电流为1200A,适配电机功率为10000kW。由手车断路器式自动旁路柜、启动柜、主变压器柜、功率单元柜、控制柜、水循环系统、接线柜等几部分组成。该项目结合脉冲发电机组的工况特性,融入了全数字矢量控制、IGBT并联设计、叠层母排技术、单元制动功能、水冷散热方式等多项高端技术。




1.变频装置主电路图




1.1 一次回路及保护




HIVERT系列高压水冷变频器采用交-直-交直接高压(高-高)方式,主电路开关元件为IGBT,功率单元采用串联,叠波升压,充分利用高压变频器的成熟技术,具有很高的可靠性。




隔离变压器为三相干式整流变压器,风水冷。变压器原边输入可为任意电压,Y接;副边绕组数量依变频器电压等级及结构而定,6kV系列为18个,延边三角形接法,为每个功率单元提供三相电源输入。为了最大限度抑制输入侧谐波含量,同一相的副边绕组通过延边三角形接法移相,绕组间的相位差由下式计算:




移相角度 =  60°/  每相单元数量




由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间有一定的相位差,从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流,所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量(THD)远小于国家标准5%的要求,并且能保持接近1的输入功率因数。三相输出Y接,得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。






图2  一次回路及保护




1.2 二次回路及控制




控制系统由控制器,IO板和人机界面组成。控制器由三块光纤板,一块信号板,一块主控板和一块电源板组成。各部分之间的联系如下图HIVERT变频器控制系统结构图所示。






图3  HIVERT变频器控制系统结构图




2.变压器柜



高压水冷变频器采用干式移相隔离变压器。绝缘等级为H级。额定容量为12500kVA。




3.功率单元柜




6kV变频器每相6个功率单元串联,单元采用前侧排列方式。同相的6个单元由铜排或电缆串联并且三相的第一个单元短接成Y接中心点,三相的第六个单元即为变频器的三相高压输出。功率单元额定电压690V,变频器的额定输入/输出电压为6kV。正面右侧为二次控制室,安装有控制器、电源开关等,用户二次接线端子也布置在控制室内。




功率单元采用水冷设计,安装在导轨上,由两个M8的螺钉与导轨固定。单元柜后侧为水循环管路,把功率单元内产生的热量带到水-水热交换器,由外水循环系统将内水热量带走。柜门内侧装有行程开关,用于柜门连锁,柜门打开时将发出告警。




3.1单元柜水冷循环系统




水冷分内循环和外循环两部分。内循环部分,变频器功率单元采用水冷板散热,去离子水通过管道进入水冷板,将IGBT等功率元件热量传递给去离子水后,由去离子水带走,进入水-水热交换器,水-水热交换器通过和外循环水换热,把热量由外循环水带走,冷水进入单元水冷板继续循环。




4.冷却方式




据现场实际情况、投资、运营、可靠性及维护成本,采用风-水冷却系统方案。




4.1 风路循环




冷却变频器后的热空气由风机从柜顶导出,通过风道循环至换热器,换热器中通有冷却水,从而使空气得以冷却降温,冷却降温后的空气再次进入变频器对变频器进行冷却,如此进行循环冷却。

 

图4  风路循环




4.2水路循环




温度较低的冷却水由换热器下部进入换热器,与循环空气换热后,由换热器上部流出。被加热后的冷却水流至冷却塔等冷却设备进行冷却,经冷却降温的冷却水经水泵再次进入换热器对循环空气进行冷却,如此循环。




 

图5  水路循环




5.电控系统组成




系统由整流变压器、功率单元柜、水冷控制系统、PLC控制柜、工控机、监控画面组成。PLC柜主要采集变频器的开关量信号、模拟量信号,开关柜的电能信号、水冷控制系统的流量、温度等信号,通过监控画面显示并达到远程控制目的。系统框图如下:






图6 电控系统框图




变频器主控PLC控制总的调速任务,包括变频器的调速控制及与机组逻辑控制PLC系统(西门子416系统)的通讯。变频装置与机组逻辑控制PLC系统采用点对点的通讯方式。变频器主控PLC可接收机组逻辑控制PLC系统的中控指令、中控投入、中控解除、变频投入、变频不投入、停止加速、机组预放电等;变频器主控PLC发给机组逻辑控制PLC系统的信号有:机组加速中,机组加速到位、动态回令(机组预防电条件满足)、变频器事故综合、滑差提电极到预定位、静态回令、机组加速,接受滑差PLC的电极位置(预定位、低位、高位)、速度到达等信号。




6.上位控制系统




项目中上位机监控系统,选用工控机与PLC进行网络通讯;利用WINCC组态监控软件,实现实时多画面监控,以达到监控设备运行状态的目的。监控画面主要包括:主界面、报警归档页面、数据归档页面、3个机组页面、以及各个变频器的数据曲线页面等。






图7  西南核工业上位监控系统




1.变频器与PLC控制系统通讯:变频器与PLC控制系统之间物理通讯为485通讯,通讯协议为Modbus/RTU协议,可选Profibus协议。




2.自动控制系统:设备监控核心采用西门子S7系列可编程控制器,结合现场传感器和设备控制接口实现电机及附属设备的逻辑控制和运行状态、参数的实时在线监测,并采用PLC冗余系统,自动切换。PLC系统实时采集高压变频器的运行状态,并实时控制变频器运行。




3.在线监控系统:采用大屏幕真彩液晶显示器;按照双机冗余互为备用模式设计,置专业工业控制组态软件实时显示运行工况参数,动态显示工艺流程图形和设备运行状态。






图8  上位控制系统图




7.设备优势




该项目结合脉冲发电机组的工况特性,融入了全数字矢量控制、IGBT并联设计、叠层母排技术、单元制动功能、水冷散热方式等多项高端技术。




设备具备如下优势:




1.全数字矢量控制,系统采用转速、电流双闭环调速系统;电流环采用PI调节器,实现简单,并能获得较好的电流跟踪性能。速度环采用PI调节器,能有效地限制动态响应的超调量,加快响应速度。




2.IGBT并联设计,采用了选进的并联均流技术,有效提高了电流密度,具有均匀热分布、灵活布局以及较高电气性能等优势。




3.叠层母排技术,以更低的电压降实现高电流承载能力,容易散热冷却, 温升更小,可有效减少内部杂散电感减少内部寄生电感;降低尖峰电压,保护IGBT。




4.单元制动功能,有效解决变频器在减速运行或者对电机进行制动时,因电机反馈给变频器能量引起的单元母线过压问题。




5.全封闭式水循环散热方式,提高了散热效率,变频器温升小,温度恒定,有利于设备稳定运行;体积小,重量轻,结构更紧凑。




总结




2016年4月,在现场工作人员的努力下,合康变频大功率风水冷高压变频器首次成功拖动现场脉冲发电机组运行,运行状况良好。该变频器在从0Hz升速的过程中加速时间保持稳定,并且符合现场要求,获得了核工业西南物理研究院聚变科学所领导的高度肯定。




参考资料:




[1]李珂,脉冲发电机型电源系统的设计及其仿真研究,华中科技大学,2007

[2]彭建飞 宣伟民 王海兵,HL-2A装置大功率电动飞轮脉冲发电机组启动过程分析和建模,中国核科学技术进展报告,2011

[3] 合康变频,HIVERT通用高压变频器用户手册,北京合康亿盛变频科技股份有限公司,2012




作者简介:

潘越(1992.2)  北京合康亿盛变频科技股份有限公司   电气工程师









合康变频大功率风水冷高压变频器在核工业脉冲发电机组的应用
评论】【加入收藏夹】【 】【关闭
※ 相关信息
无相关信息
※ 其他信息
访问数: | 共有条评论
发表评论
用户名:
密码:
验证码: 看不清楚,点击刷新
匿名发表

 搜索新闻
[提交投稿]  [管理投稿]
 最新新闻
 热点新闻
数据加载中..

网站地图
Autooo.Net 版权所有
Copyright © 2007--2016 All rights reserved