探讨双变频器冗余控制改进设计

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2024年3月26日发(作者：)

探讨双变频器冗余控制改进设计

【 Abstract 】 With the continuous expansion of chemical production

equipment, the load of power supply equipment is increasing, especially the

reliable and safe operation of high-power motor is particularly important.

With the exploration and application of new technology, the design of

redundant undisturbed control of double frequency converter is improved and

optimized, which further confirms the reliability and perfection of control

performance, ensures the continuous normal operation of chemical production

process and equipment, and avoids serious economic losses caused by

abnormal shutdown.

【 Key words 】Control design, double frequency conversion redundancy

switch

【摘要】随着化工生产设备的不断扩大，供电设备的负荷也越来越大，尤其是大功率

电机的可靠安全运行显得尤为重要。随着新技术的探索和应用，对双变频器冗余无扰动控

制设计进行了改进和优化，进一步确认了控制性能的可靠性和完善性，保证了化工生产工

艺和设备的连续正常运行，并避免了因非正常停工而造成的严重经济损失。

【关键词】 控制设计，双变频冗余开关

0引言

化工装置大都具有毒有害、易燃易爆、强腐蚀性强、相互关联性特高，关键型电气设

备的可靠稳定运行就显得更为重要，要做到控制稳定可靠，一些重要的高压变频拖动，由

于所处的环境恶劣，不可避免地会出现一些运行中经常跳机事件发生，如果采用两台高压

变频同时拖动一台负载，一台运行另一台热备，对生产影响就大为降低。

本设计针对化工生产中10kV高压双变频冗余装置探讨了设备创新及技术应用。高压电

机均为重要设备，其控制的高压变频器的运行稳定性对生产至关重要，为确保变频器故障

不直接导致设备跳闸，选择热备冗余运行控制。

1.主要设计发明图示说明如下：

1.1.高压变频双机冗余主接线图，如图1所示。

图1 一次接线控制原理图

图1说明：两台变频器中变压器原边由10kV开关 QF1主供，本次发明变压器付边分

别由两套开关分别给两台高压变频器的各整流桥供电，具体接线图见图2。

图2 变压器内部主回路及A、B变频器一次接线方案

1.2. 变频器外围I/O接口示意图，如图3所示。

图3 变压器I/O接口图

1.3. 变频器以单相为例说明交-直-交逻辑控制图，如图4所示。

图4 变频器交-直-交逻辑控制图

1.4. 变频器内部保护逻辑控制图，如下图5所示。设计主要意图就是两台变频器要求

具有“飞车”功能。本次发明主要利用各台CPU控制管理的主控桥脉冲幅值等参数，通过

在原变频器控制基础上设计通信管理系统与备用变频器直接通讯，复制运行变频器的所有

数据到备用变频器。

图5 变频器内部逻辑保护及控制图

1.5. A/B变频器PLC逻辑控制图，如图6所示。原变频器控制功能不变，主要发明用

于管理单台变频器运行I/O接口，关键在于变频器故障时，严格对KM11-KM18实施控制

可靠管理（编程完成）。

图6 变频器PLC逻辑控制图

1.6 A/B变频器总协调柜控制图，如图7所示。本次发明该总协调柜，要具有对两台主

备变频器进行主控主调、对所有控制信息实施录波、监控、分析、判断等功能，采取PLC

控制及通信或CPU微处理器、I/O接口、总线网口控制均可。总的要求可靠、安全即可。

图7 变频器总协调柜PLC逻辑控制图

2.互锁及控制要求：

①QF1QF2QF3为高压断路器开关，由总协调柜控制。

②KM11--KM18、KM21--KM28为低压可抽出式接触器，由各单台变频器控制，增

设安全检修断电措施。控制的前提是各单台变频器加控制电源后自检后合上该批次接触器，

再报“高压允许合闸”信号。

3.程序控制说明：（以A#变频器作为主机为例，B#作为热备用）

A/B#变频器准备

a.A/B变频：

合变频器的控制电源，完成内部控制电源自检。

检测到QF1开关分位状态和总协调柜上A（或B ）“切除和投入”置“投入”位后，

两变频器PLC工作，发出合KM1-KM8。检测到QF1合位信号后，按检修后e条处理。

变频器无故障输出，发出“高压允许合闸”信号。

增加两个保护功能：断变频器控制电源后（取三处电源，对应三个信号全部满足时），

发出“跳控”急停信号，跳机不切换。发生“晃电”时，发“重故障”信号，切机运行。

b.总协调柜：

控制电源合后，该柜内总控制器工作，在该总协调柜上设置A（或B） “切除和投入”

两个左右旋钮，予以控制切除检修和投入运行。

当QF1断开时，发出断开关命令到激磁涌流柜，当总协调柜收到该开关已处于断开位

置信号后，该柜发出 “允许合闸“信号。

这时，手动按“启动”按钮 QF1合闸，延时1s合闸激磁涌流柜开关。两变频器均上

高压电。若正常，两变频器延时1s后均发出“待机”输出信号。

再延时1s后控制QF2合闸，延时1.5s后QF3合闸。

当有“待机”信号后，总协调柜系统默认设置延时2s后自动启动A变频启动运行（或

外部给定变频器“启动”命令信号2s后），闭锁B变频的启动信号，转为备机，并有相应

显示。

若A变频器不具备“待机”条件，总协调柜系统默认设置延时3s后自动启动B变频启

动运行（或外部给定变频器“启动”命令信号3s后），闭锁A变频的启动信号，转为备机，

并有相应显示。

c.运行中A/B变频器正常人为切换运行：（以A运行为例）

总协调柜收到外部（如DCS）“切换”命令后，控制器先分析判断谁主谁备状态。满

足“切换”信号、“变频器运行状态”取反、备用变频器“待机”信号和出口合位信号，

才能输出“急停”主变频器运行，并输出该主运行变频器的“待机”后，输出启动切机命

令到备用变频器“启动”，通过通信管理系统全盘复制运行主机脉冲等数据到备用变频器

即刻冗余启动运行。相应信号、电流、频率等等显示也随之改变。

人为切换后需停机检修处理:切换完成后，置总协调柜上需检修的变频器“切除/投入”

那台旋钮于“检修”位即可。该变频器自动切除进口KM1-8和出口断路器。

d.运行中变频器故障切换运行：（以A运行为例）

总协调柜控制器先记录谁在运行信号后，收到运行主变频器“重故障”命令，即刻发

出跳该变频器出口开关和变频器整流桥电源的8个交流接触器命令。

满足“重故障”信号、变频器出口开关停止状态、备用变频器“待机”信号和出口合

位信号，才能输出给备用变频器“启动”命令，通过通信管理系统全盘复制运行主机脉冲

等数据到备用变频器即刻冗余启动运行。相应信号、电流、频率等等显示也随之改变，并

置该故障变频器在总协调柜上“切除/投入”按钮于“切除”位。

断故障变频器控制电源检修、试验调试。

e.检修完成后投入备用：

合故障变频器控制电源，完成控制电源自检，检测到QF1合位信号后，该变频器内

PLC发出逐步合KM1-KM8的合闸命令，并在陆续合闸过程中，启动分析判别该变频器保

护系统不能再次发生次生事故，影响另一台变频器正常运行。该变频器内在逐步合闸过程

中，检测到有问题迅速发出切除KM1-KM8命令，再行检修直至KM全部能合闸为止。

变频器无故障，满足QF1、KM1-8均已合闸，发出“高压已合闸”信号。再在总协调

柜上将“切除/投入”钮置于“投入”位，按b条延时投入该检修变频器的出口开关处理，

投入“待机”输出，作为备用状态。

f.停机

总协调柜只要收到“停止”、“急停”、“跳控”、“电机综保跳闸”、“仪表联

锁”、“高压失压”等信号，一律实施全部跳机处理，向各变频器发跳机信号，高压开关

QF1和 KM1-8全部断开。

4 双机冗余控制技术要点及控制优点：

a.双冗余变频器光纤通讯控制运行和内部变频控制程序信息。

b.双变频冗余通过协调柜来控制所有开关的启动、停止，故障柜的切换和投入的所有控

制。

c. 当变频器发生单元欠压、单元缺相、通讯故障、单元过压、过压失速、模块故障、

单元模块超温等，均可实现切换。对电机电流及工艺无扰动，切换时间≤5ms，是真正意义

上的无扰双向投切。某台移相变压器超温等系统电源故障应从变压器建造上多考虑报警系

统。

d.通过协调控制柜优化协调控制，两台变频器共一台套移相变压器同时上高压，一台运

行，一台作为热备用机器，双向自由切换，切换快速，切换时间ms级。控制灵活，可任选

一台作为主机，另外一台作为备机。故障变频器修复完成后，可不停电机将故障变频器作

为备用机。

作者简介：

吴桂林 男1967年生，汉族，湖北枝江人，高级工程师，一直从事电力系统及其自动

化、网络控制技术工作。

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本文标签： 变频器控制运行信号启动