1　引言

　　在2007年節能降耗、保護環境作為國家工作重點的大環境下，最有效的節能產品—高壓變頻器應用越來越廣，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，或帶一些簡單負載，不能模擬出現場不同負載的工況，無法測試出變頻器的各種性能指標，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成為可能。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，功率范圍設計最高可達到5000kw。

2　電氣系統主要配置及作用

　　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，當容量高于此值時，將投入第二臺變壓器，并聯運行。

　　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行實載測試。

　　2.3　高壓控制柜

　　配置了所有入戶開關、母聯開關、線路組合選擇開關、斷路器、刀閘等等。變壓器的星/三角轉換、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時加載，它接到再生電機m3，當m1或m2電機運轉時，令regen變頻器處于制動狀態，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，從而節省能源。

　　2.5　控制部分

　　該套系統控制部分核心是rockwell automation的controllogix系列plc控制器，變頻試驗系統控制核心為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，控制高壓開關柜的各種連鎖，變頻變壓器的星/三角切換，輸出組別切換。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。

　　2.6　上位機

　　上位機采用研華工控機。系統采用client/server架構，多臺客戶機可以在不同位置通過ethernet訪問服務器，并且控制各個受控部件進行變頻器測試。

3　功能實現

　　3.1　系統設計

　　10kv進線側由電壓互感器柜、受電柜、1號變壓器柜、2號變壓器柜、計量柜組成，將10kv電網電壓通過兩臺進線變壓器降為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母聯，逆變變壓器一次側通過逆變變壓器控制柜與6kv母線連接，二次側通過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），根據被測變頻器功率選擇電機功率。m1、m2電機作為負載電機，m3電機作為再生發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，實現不同的測試目的。圖中g15開關柜是為以后擴容成5000kw負載用的。一次系統圖如圖1所示。

　　3.2　上位機組態

　　為了操作方便和安全，所有高壓操作都是通過上位機遠程操作，因此需要設計如下界面。

　　3.2.1　母聯開關狀態界面

　　實現功能：顯示1#、2#進線變壓器輸出受電柜的開關狀態、6kv母線開關狀態及開關所處的位置（見圖2）。

　　圖2　母聯開關狀態界面

　　3.2.2　開關操作界面

　　實現功能

　?。?）顯示變頻變壓器進線開關、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顯示;

　?。?）6kv母線電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數顯示;

　?。?）變頻變壓器進線斷路器控制g2“啟、停，按鈕”點擊控制g2合分;

　?。?）變頻變壓器星/角轉換鍵，控制變頻變壓器一次星接或角接;

　?。?）變頻變壓器輸出轉換鍵，根據被測變頻器類型選擇操作不同的轉換鍵。

　　通過圖3界面設置保證高壓操作的安全，可靠，防止誤操作的發生。

　　3.2.3　電機監控界面

　　實現功能為實時監測：

　?。?）檢測各個電機的軸承溫度、定子溫度;

　?。?）扭矩監測;

　?。?）輸出功率監測，保證電機正常運行。

　　3.2.4　regen變頻器控制界面

　　實現功能：通過此界面控制regen變頻器按照預先設定程序工作（見圖5）。

　　3.2.5階梯負載設定界面

　　實現功能：通過設定負載扭矩百分比和每一扭矩工作時間來控制regen變頻器按設定扭拒和時間輸出，從而使被測變頻器按階梯負載工作（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狀態，及電機扭矩溫度等模擬量，控制各高壓開關的合分，及開關之間的互鎖，并上傳到上位機。

　?。?）regen變頻器給定命令編程，根據測試要求對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，并執行，上傳設備狀態，在上位機上顯示。

　　3.3　regen功能實現

　　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，進線側和電機側濾波電容中性點之間連接一電阻來消除共模電壓，這樣進線側不需隔離變壓器，由于電流型變頻器直流環節是電抗器而不是電容器，并采用了對稱的功率器件，直流側電壓方向可以改變，因此可將電機電能回饋電網，實現四象限運行。如圖7所示。

4　此系統可測試的功能項目

　　4.1　變頻器負載特性試驗

　　變頻器的負載特性是變頻器的最重要的特性之一，一套變頻器轉矩特性的好壞，將直接影響用戶工況性能的優劣。在本試驗平臺上可以進行：

　　（1）與電機速度成正比例的負載特性試驗;

　?。?）與電機速度平方成比例的負載特性試驗;

　?。?）階梯仿真負載特性試驗，如圖8所示;

　?。?）用戶自定義負載特性試驗。

　　4.2　變頻器實載長期考核及老化試驗

　　根據不同現場工況要求，設計好負載特性以后，讓被試變頻器按用戶規定時間長期運行，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計研發的必要技術數據。

　　4.4　變頻器變壓器溫升試驗

　　在實載狀態下，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計的必要技術數據。

5　結束語

　　此高壓變頻器測試系統在實際應用中得到了驗證（jze變頻器、rockwell變頻器都是經過此測試系統的全項測試出廠的），此系統操作簡單，安全可靠，對被測變頻器的各項試驗都能達到滿意的效果，由于regen變頻器將再生發電機的電能饋送到電網，節省了能源。特別是對特殊負載特性的試驗只要plc軟件編程就可以實現，極其方便。但也因其設計復雜，成本高，需要有一定實力的公司才能建造。