1 引言
高壓電動機在未進行調速改造之前，由電機上口的斷路器控制啟停，電動機直接與母線連接，定速運行。在進行變頻調速改造后，電動機與母線之間除了原來的高壓斷路器外，還增加了一套高壓變頻調速裝置。隨著變頻器使用的增多，工程技術人員發(fā)現(xiàn)當變頻器出現(xiàn)故障，需要檢修時，電機就不得不停下來，不能滿足現(xiàn)場連續(xù)生產的要求。為此，工程技術人員又在變頻器和電機、母線之間增加了一套切換裝置，以滿足電機連續(xù)運轉的要求。
根據(jù)切換開關的不同，變頻器的旁路方案分為手動旁路方式與自動旁路方式。下面分別介紹如下：
2 兩種旁路方式的介紹
2.1 一拖一手動旁路方式
2.1.1 基本原理
一拖一手動旁路方式是由3個高壓隔離開關qs1、qs2和qs3組成，如圖1所示。要求qs2和qs3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，qs1和qs2閉合，qs3斷開；工頻運行時，qs3閉合，qs1和qs2斷開。
2.1.2 詳細介紹
?。?）隔離開關分別選用gn19系列單投和雙投戶內高壓隔離開關，相間距為210mm；單投隔離開關的進線端的三個絕緣端子為高壓帶電顯示裝置的三個傳感器；
?。?）照明燈為柜門式照明燈；
?。?）避雷器采用三相組合式；
?。?）外加輸入、輸出端子；工頻、變頻指示。
?。?）標準柜體尺寸（長×寬×高）：1200mm×1200mm×2320mm
2.1.3 優(yōu)缺點
（1）優(yōu)點
在檢修變頻器時，有明顯斷電時間，能夠保證人身安全，同時也可手動使負載投入工頻電網(wǎng)運行；手動旁路可人為判斷故障后再切換，比較安全；造價低等。
?。?）缺點
負載在倒入工頻運行時必須人工干預，這不符合有些現(xiàn)場工況不能停機的要求。
2.2 一拖一自動旁路方式
2.2.1 基本原理
一拖一自動旁路方式是由3個高壓真空開關（電流小于300a時選用真空接觸器，電流大于300a時選用真空斷路器）km1、km2和km3組成，如圖2所示。要求km1、km2不能和km3同時閉合，在電氣上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，km1和km2閉合，km3斷開；工頻運行時，km3閉合，km1和km2斷開。
2.2.2 優(yōu)缺點
（1）優(yōu)點
在變頻器出現(xiàn)嚴重故障時，系統(tǒng)能夠自動轉入工頻電網(wǎng)中，斷開變頻調速系統(tǒng)時，而負載不需要停機，滿足現(xiàn)場不能停機的要求。
?。?）缺點
價格比較高，使用復雜。電機由變頻運行時向工頻運行轉換，自動旁路開關一般也不會有問題。但有一點例外，即如果是由于電機及其負載的故障引起變頻器停機，再次旁路，有可能使故障擴大化。例如變頻器過流時，因為變頻器自身無法判斷是自身問題還是電機出現(xiàn)異常（例如堵轉、掃膛、匝間短路等）。此時將電機直接投入電網(wǎng)工頻運行，會造成更大的損壞。此外，當電機在低于工頻的轉速下運行時，如果自動切換到工頻，電機轉速突然升高，爐膛負壓、風量等參數(shù)會發(fā)生突變，這時，用戶需要考慮，在采取應對措施之前的短時間內，會不會對生產造成影響。而手動旁路時，可事先采取應對措施再重新啟動電機，上述問題不存在。
2.3 手動一拖二旁路方式介紹
系統(tǒng)主回路采用變頻器加配套手動旁路開關柜，雙電源供電，一拖二控制方式。以實現(xiàn)1臺變頻器可控制2臺電動機的軟啟動和控制2臺電動機中的任何一臺變頻運行，或通過旁路柜實現(xiàn)電動機工頻運行的目的，如圖3所示。
圖中qf2、qf3為高壓開關，qs1、qs2、qs3、qs4、qs5、qs6為旁路開關柜手動隔離開關，m1、m2為電動機。
2.3.1 主回路工作原理
以m1號電動機運行為例，手動斷開qs3，閉合qs1、qs2，變頻器選擇“變頻運行”位置，將qf2閉合，即可實現(xiàn)m1號電動機變頻運行。
手動斷開qs1、qs2，閉合qs3，閉合qf2，即可實現(xiàn)m1工頻運行。斷開qf2，即可實現(xiàn)m1號電動機工頻停機。
斷開qs1、qs2、qs4、qs5，即可實現(xiàn)變頻器安全檢修。
qs2和qs3之間、qs5和qs6之間均存在機械互鎖關系；qs1和qs4之間、qs2和qs5之間存在電氣互鎖關系，防止短路。
即：當m1號電動機使用ⅰ段供電變頻運行時， qs1、qs2閉合，qs3、qs4、qs5均被互鎖，不能閉合。當m1使用ⅰ段供電工頻運行時，qs3閉合， qs1、qs2被互鎖，不能閉合。
m2號電動機操作要求與m1號電動機相類似，互鎖、保護也與m1號電動機類似。
2.3.2 變頻器與高壓開關的信號聯(lián)鎖
為保證高壓變頻器的安全運行，變頻器與高壓開關有如下信號聯(lián)鎖：
?。?）變頻器給每個高壓開關（qf2、qf3）各提供“合閘允許”觸點一對（無源觸點、閉合有效），在觸點閉合時，高壓開關才允許閉合。
?。?）變頻器給每個高壓開關（qf2、qf3）各提供“緊急分斷”觸點一對（無源觸點、閉合有效），在觸點閉合時，高壓開關必須立即分斷。
?。?）高壓開關（qf2、qf3）各提供“開關已合閘” 觸點一對（無源觸點、閉合有效）至變頻器，用于高壓隔離開關的電磁鎖回路操作。
3 兩種旁路方案優(yōu)缺點比較
根據(jù)利德華福公司近2000多套運行業(yè)績的統(tǒng)計，大部分的客戶選擇手動旁路方案。與自動旁路方案比較，二者的區(qū)別如附表所示。
4 電力行業(yè)應用情況
手動旁路方案和自動旁路方案在現(xiàn)場均有大量成功應用案例，但是絕大部電力行業(yè)客戶選擇手動旁路方案。主要的理由如下：
?。?）一般鍋爐的風機均為雙側配置，當一側的變頻器發(fā)生故障時，dcs會自動將另外一側的變頻器提速，執(zhí)行rb功能，從而保證鍋爐燃燒的連續(xù)性，不會發(fā)生突然的滅火事故，鍋爐允許短時間內單側風機允許。
?。?）變頻器設計有升速限流功能，當需要短時間內快速加速時，變頻器不因負載的劇烈增加而發(fā)生過流。
?。?）當一側重要輔機停運后，dcs會自動執(zhí)行rb功能，這符合用戶的操作習慣。
（4）風機類負載手動旁路柜滿足大部分客戶的要求，對于選擇自動旁路柜的現(xiàn)場，需要注意旁路切換系統(tǒng)與熱工系統(tǒng)的配合銜接問題，避免突然切換造成系統(tǒng)的劇烈擾動。
5 結束語
對于手動、自動切換方案，應按照現(xiàn)場實際的情況進行選擇。一般來說，筆者建議客戶選用手動旁路方案，變頻器故障后通過對高壓隔離開關的手工操作即可將電機轉為工頻運行，其經(jīng)濟性、可靠性都非常高。此外，相對于自動旁路方案，手動切換方案一次和二次回路均非常簡單，檢修維護方便。對于自動旁路方案，要有針對性的使用，例如在小型熱電生產單位，鍋爐風機配置為單引、單送，電機變頻改造后一旦變頻器運行中需要停機，而鍋爐燃燒又不允許電機停下來，此時選擇自動旁路切換就是非常適合的。對于大型發(fā)電機組，引、送風機，一次風機等重要鍋爐輔機，均為兩側配置，單側輔機跳機后，鍋爐仍可維持燃燒，短時間內不存在停爐的風險，此時選用自動旁路方案就沒什么必要了，手動旁路切換完全可以滿足實際的生產工藝要求。
總之，合理的選擇技術方案，不但可以降低設備采購成本，而且可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，提升變頻調速系統(tǒng)的整體性價比，從而在長期的運行中取得最大化的經(jīng)濟利益。
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