广州智光电气股份有限公司源自电力系统的科学研究机构(原广东省电力试验研究所,现广东省电力科学研究院),公司管理与主要技术骨干为电科院的高压、电机、电力系统自动化与继电保护资深专业人员,具有多年广东省电网与火电厂的投运调试、运行技术监督、试验与故障分析等技术工作经验,对高压电气、电力系统相关专业具有深刻的认识。他们在1999年建立的广州智光电气有限公司,从事电力系统安全、电气控制与节能产品的研究、开发、制造与销售服务。公司初期研发、制造电力电子技术相关产品,其中获得多项科技进步奖的配网中性点接地快速消弧系统采用电力电子技术,技术领先业界,市场占有异军突起成为占领市场的主要两个厂家之一,并作为唯一厂家负责起草了国家行业标准。
智光电气于2001年中承接广东省“十五”重大科技攻关项目――高压大功率变频调速系统的研制,2002年底试验室样机制作完成,但本着试验研究所的对产品可靠性认识的精神,智光公司为高压变频器的试验研究投资几百万元建立了包括6kV、780kW大容量电动机及780kW的实际大功率风机负载的试验室,做了大量的基础试验工作,改进技术与产品,并联系试运行用户,在2004年经过国家权威机构对产品的全面的现场检验(27项检验项目见型式检验报告)后才向市场推广,可以说智光的ZINVERT高压变频器从出厂的第一套试运行的产品开始就是成熟的工业产品,这与国内其他厂家在初始阶段将用户作为试验场所,在厂内攒出高压变频器后就到用户现场试验、修改硬件、软件,甚至拉回厂去反复几次处理问题的产品研发理念有着巨大的差距。下面就目前ZINVERT与国内市场上的同类型高压变频器产品相比的技术特点罗列介绍如下:
1、转速追踪“STT”技术:
2004年由智光电气推出的这项技术为推动中国高压变频技术与产品应用的成熟作出的巨大的贡献。其技术原理描述如下:运行中的电动机(工频电网通过开关柜拖动或变频器拖动)在定子侧电压源断开(包括工频电源的开关的断路器(或接触器)以及变频器输出的开关管截止)后,从机械方面看由于转子及拖动的负载的惯性维持转动(若无煞车装置则减速运行惰走至自由停车,停车时间与机械阻尼及转动系统机械时间常数决定);从电气方面来看由于电动机转子为感性,残余的转子电流将逐渐衰减,但转动的转子残余电流形成的剩磁切割定子绕组感应电势,在定子端形成与转子的残余电流大小、惰走转子转速相关的幅值和频率逐渐衰减的电压。变频器输出端接入定子的残压,在变频器在启动输出时必须对该时刻电动机的定子与转子的状态进行识别,输出恰当的电压信号(包括频率、幅值、相位),才能避免由于类似发电机非同期并网的冲击电流导致变频器电力电子器件无法承受的过电流而保护动作启动失败。因此转速追踪技术或转速自适应能力是变频器的一项重要功能,对于避免瞬间掉电恢复、紧急事故处理恢复、减少干扰类软故障恢复等减少设备意外停机,从而保证设备的安全性、可靠性、可利用率(Safty、Reliability、Availability)具有重要意义。
在智光公司在2004年攻克该技术之前的市场上的高压变频器均要求用户在启动高压变频器前需保证负载转速为0(静止或接近静止)。在智光在2004年推出时市场上的所有高压变频器产品均无此功能(当然由于此功能一面世就使用户认识到此功能对提高高压变频器可靠性的巨大意义,招标时开始将此列为必须的技术条件,不到三四个月很多厂家便宣称自己的产品具有此功能了,比如有些厂家在市场宣传上产品不停地推出“新一代”产品,不过是市场宣传的噱头而已,换换结构外观、控制器硬件方式而已,控制上并无多少实质性的提高。比如有些厂家05年初就说有此功能了,而2005年下半年的梅州塔牌文福电厂引风机招标时要求具有此功能,实际验收时不具有此功能,在运行中出现几次问题后在用户强烈要求下,该厂家排除技术人员经过前后近两年才勉强解决。当然,此后该用户的几批高压变频器采购均选择了技术优势、产品可靠、理念实在的智光的ZINVERT产品)。ZINVERT系列高压变频调速系统的该项技术在2004年经过国家权威机构的现场检验(见型式检验报告),成为国内市场首家具有该功能的产品,该技术的攻克大大推进了国产高压变频调速技术的成熟。作为ZINVERT系列高压变频调速系统保证产品应用可靠性的重要基础技术,作为该产品的标配功能,从市场上的第一台ZINVERT系列高压变频器即具有转速追踪功能,是ZINVERT系列高压变频调速系统在出厂与现场调试的必检项目。
在ZINVERT系列高压变频调速系统的控制器参数设定选定“瞬时掉电再启动”功能,并设置“等待恢复时间”,即可保证在系统在“等待恢复时间”内恢复正常(针对短时间可恢复性的外部故障或干扰性故障),则ZINVERT系列高压变频调速系统可在0.05~0.8秒时间内恢复输出,实现完全无冲击启动,自动追踪旋转电动机转速,平稳升速恢复设定转速,保证负载的持续运行。对于转速追踪的掉电时间限制问题,实际在技术上并无启动等待的时间限制问题,之所以将其最长设置时间30秒是根据一般的工艺要求,以免在输入跌落或输入停电较长时间后工艺或生产线已停止,甚至有人员现场处理时还会“自动重启”造成生产工艺上的事故导致人员或设备危险,因此一般设定值可根据负载与工艺要求设定,特别提出要求大于30秒也无问题。
采用ZINVERT系列高压变频器,在人工启动时无需顾虑负载的转速,直接无冲击启动,对电机、负载无电气与机械损坏。该技术为基础的自动工频/变频自动切换功能(配置自动旁路柜)在电厂的给水泵、送风机、引风机系统上及水厂、钢厂的泵、风机上得到工频/变频的互切试验与运行检验,使用户负载及工艺系统的持续稳定运行得到可靠的技术保证。其他厂家的技术要么尚未经国家检验、要么未得到实际工程的试验及运行考验,从部分厂家的重启记录电流波形上仍可见有一定的冲击电流,这是在一定频率、负载惯性、负载大小、转速下某情况下可能由于输出电压的频率、幅值、相位的误差造成冲击电流超过变频器的保护电流而造成旋转启动的失败。
2、输出短路保护“SCP”技术:
大量运行的高压电机运行时间长,绝缘老化现象严重。高压电机定子绝缘薄弱,耐压值低,长时间运行后绝缘老化,以及定子接线处安全距离不充分,存在两相短路的可能性;电缆本体以及电缆附件可能存在的相间短路;高压变频装置输出回路由功率管组成,抗短路能力极其微弱(IGBT承受短路电流10uS以上可能损坏),无法承受相间短路时导致的巨大短路电流,可能造成功率管的损坏导致设备故障与损失。
智光电气的研发技术人员作为电力系统、电机与高压专业人员,在研发ZINVERT系列高压变频调速系统之时,充分考虑以上问题,在变频器的主回路上进行具有限制短路电流上升率的电路,并申请国家相关设计专利,并在硬件与软件上综合控制系统的IGBT驱动保护电路、霍尔检测硬件保护电路、软件采样保护算法等“三重保护”,达到即便发生高压变频器输出的两相突发金属性短路故障也能够保证设备的及时保护并不会造成IGBT等电力电子器件的损坏,以上技术与功能在2004年在高压变频器行业内首先经过国家权威机构的型式试验认证(见型式检验报告)。当然,后来也有一两个高压变频器厂家在国家监督机构做了类似的报告,有些厂家却不能提供这类报告,在市场上宣传说这些是高压变频器的基本功能。