SIEMENS大功率同步电动机变频调速
培训教材
前 言
本培训教材初步介绍了电驱压缩机组西门子大功率同步电动机变频调速部分的系统构成及作用，重点解析了SIMOVERT S 控制系统的工作原理及硬件的功能，分析了西门子电驱机组在调试中出现的问题，阐述了西门子电驱机组在运行中的注意事项。
本培训教材摘录了《西门子变频调速电机系统运行规程》、《西门子变频调速电机系统维护规程》等资料的部分内容，同时借鉴了西门子电驱机组在西气东输管道应用的诸多经验。
本培训教材在编撰中存在许多不足之处请各位读者谅解，并请有关专家提出宝贵意见。
2008年9月18日
目录
1、西门子电驱压缩机组系统概述 1．1 系统构成 1．1．1隔离变压器 1．1．2浪涌阻尼柜
1．1．3电流源型变频器（Current Source Inverter简称CSI）
技术简介
1．1．4 变频系统接口及控制系统 1．1．5 同步电机励磁及其控制系统 1．1．6 SIMOVERT S 控制系统硬件功能 1．1．7 滤波系统单元 1．1．8 同步电动机检测单元
1．1．9 同步电动机防爆正压通风及控制系统 1．1．10 功率单元水冷系统 1．2 设备调试中出现的问题 2、 电驱机组运行前的准备和检查 3、 电驱机组投运时的逻辑控制 4、 电驱机组运行中的检查 5、 电驱机组停机时的逻辑控制 6、 备用电驱机组的注意事项
1、 西门子电驱压缩机组系统概述 1．1 系统构成
西气东输电驱压缩机组驱动部分采用
SIEMENS大功率变频调速同步电机
驱动系统，压缩机仍为ROLLS-ROYCE公司制造，电驱系统电气一次部分主要由10kV断路器、浪涌阻尼电阻、隔离变压器、功率变频部分和同步电机及滤波系统组成。
其一次接线图如图所示：
西门子高速电机及中压电流源变频器
1kI-rush 系统构成
30MVA
SIMOVERT S 0–84Hz
HFPC Damping 隔离变压器 ：10kV/5.57kV SIMOVERT 电流源负载换相变频器（LCI）： 同步电动机：22MW, 4800 rpm 谐波滤波器&功率因数补偿； 浪涌阻尼电阻柜； 同步机励磁系统； 变频器水冷却系统 电机正压防爆系统 顶轴油泵控制系统 辅助电源系统
Heatini 3 3 3 3 Moto
10kV主断路器111仅由SIMOVERT S 的控制系统来控制，手动启动的命令被永远禁止，手动跳闸的命令被永远许可.
断路器的保护继电器可以将断路器直接跳开，ESD 系统也可将断路器直接跳开。 1．1．2隔离变压器
隔离变压器的基本参数：
型 DOTG31 500/20 号 序 列 号 102 144 冷却类型 自然油冷自然空冷 额定功率30000/15000/15000 [kVA] 额定电压[V] 矢量组别 无负载损耗 标 准 制造年份 IEC 76 2006 油温升温 油温升温 <1000m=K 60 总重量[t] <2000m=K 65 油重量[t] 47.0 9.9 Dy11d0 18000W 短路持续时间（s） 总损耗设计保证值 2s 153000W Uk 无负载电流 10% 0.220% 10000//5570/5570 绝缘类别 额定电流[A] 1732/1544.8/1544.8 A AC kV 38 38 38 L1 kV 95 95 95 额定频率 Hz 50 绝缘 等级 Um kV 17.5 17.5 17.5 H.V. L.V.1 L.V.2
电驱系统的隔离变压器采用双绕组设计，无载调压，其额定电压10/5.57 /5.57 kV。在多脉二极管与SCR(可控硅)整流器中相移变压器（隔离变压器）是不可少的部件，其功能主要有（1）为了消除谐波提供初级与次级线电压的相移δ，电驱系统采用由隔离移相变压器供电的12脉整流器，相移变压器的每组二次绕组供给一组6脉整流器，12脉整流器δ=30º；（2）合适的二次侧电压值，和驱动压缩机的同步电机配合，电驱机组二次侧电压值为5.57kV；（3）使整流器与电源实现电隔离。
如图所示为隔离变压器的现场安装图：
1．1．3浪涌阻尼柜
如图所示为电驱系统的阻尼柜，在变频控制系统发出指令使电驱系统
10kV断路器器111接通变频变压器的初始瞬间，由于变压器的激磁涌流可以达到四倍的变压器额定电流，会产生短时的浪涌尖峰电流，导致10kV母线电压降低，可能会导致欠压报警以及对母线上其他用户产生影响，在任何运行情况下，都可能产生故障。为了避免这种巨大的浪涌效应，在接通变频变压器时，先串接一个起阻尼作用的浪涌电阻柜，三相电阻每相17Ω，减小冲击电流，接通2秒之后，电阻被柜内的真空断路器旁路。这样的软接通使得10kV母线上的电压降小于5%。
1．1．4功率单元 整流部分：
电驱系统的核心部分为功率柜内整流逆变部分。该部分采用交直交变频方式，即先将交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变成频率可控的交流电，根据中间直流环节采用滤波器的不同，变频器分为电压源
型变频器和电流源型变频器，西气东输电驱系统采用电流源型变频器，变频器采用大电感Ld作为中间直流滤波环节，使直流电流更平滑，该系统的大电感在单一的磁芯上绕有二个线圈，一个在正的母线，另一个在负的母线，以降低加到同步电机上的共模电压。同时，由于该电抗器的存在，可以限制短路电流。
中间整流部分采用12脉SCR整流器，其主要特点是能降低线电流的谐波畸变，即使六脉整流时产生的较低次谐波电流相互抵消。多脉SCR整流器用于基于电流源逆变器（Current Source Inverter-CSI）的电力驱动，为CSI提供可调的直流电流并由CSI将DC电流转换为频率可调的三相脉宽调制（Pulse Width Modulation-PWM）交流电流。12脉SCR整流器由移相变压器与二个相同的6脉SCR整流器组成，相移变压器二个二次绕组一个接成星形，另一个接成角形，其接线方式是Dy11d0，一般情况下，相移变压器的二次绕组的线电压为一次侧线电压的一半，电驱系统一次电压10kV，二次侧电压5.57kV。二个SCR整流器的直流输出是串联后供给单一的负载，而直流扼流圈足够大使直流电流Id不变。12脉SCR整流器能作为CSI电力驱动的前端，而逆变器将直流电流Id变换成三相PWM电流iw（电机电流），iw正比于Id（直流环电流），其关系为iw=0.816Id,故调节触发角可调节iw的大小。
电流源型逆变器具有拓朴结构简单，输出波形好及有可靠的短路保护等特点，是中压驱动中广泛采用的变换器拓朴，西门子电驱系统采用负载换相逆变器LCI，而LCI的器件则采用SCR，其换相由具有超前功率因数的同步电机实现，特别适宜于大功率同步电机的驱动，其额定功率可达到100MW。逆变器的负载为同步电动机，仍属于自控式变频调速范畴，它主要由交直交电流
源型晶闸管变频器、同步电动机、转子位置检测器及控制单元组成。可以提供逆变器晶闸管关断的超前电流，在起动和低速时，一般采取断续换流的办法，LCI变频器功率部分的优点1.逆变器采用负载反电动势换相,结构简单,使用的晶闸管器件少,控制方便,能适应恶劣环境运行,易于做成高电压和高转速的调速系统.2.能实现无级调速,调速范围一般为10:1.3.能量可以回馈电网，系统可以实现四象限八种不同运行方式工作：低速正向运行，低速反向运行，低速正向制动，低速反向制动，高速正向运行，高速反向运行，高速正向制动，高速反向制动。由于存在大的平波电抗器和快速电流调节器，过电流保护也容易。
当整流器产生正向输出直流电压时，功率是从电源流向负载，而在负的直流电压时，整流器工作在逆变方式，功率是从负载返回到电源，这经常出现在CSI电力驱动当快速减速时，这时转子及它的机械负载的动能经逆变器转换成电能然后由SCR整流器反送到电源，从而实现了快速的动力制动。因此在SCR整流器中功率流是双向的，并使CSI电力驱动能四象限运行。
SGCT-PWM
电
流
源
型
中
压
变
频
器
简
图
：
M3 对于经常在高速运行的机械设备，定子常用交-直-交电流型变压变频器供
电，其电机侧变换器（即逆变器）比给异步电动机供电时更简单，可以省去强迫换流电路，而利用同步电动机定子中的感应电动势实现换相。这样的逆变器称作负载换流逆变器（Load-commutated Inverter，简称LCI）。
1．1．5变频系统接口及控制系统
Power bus
Operating Panel Local Converter Transformer ModemDCClient Installation Rectifier DC link Inverter Micro- processor control system Modem Rotating String SM Service & Diagnostic PC Manufacturer‘s Teleservice Center
为了将VSD(变频调速, 谐波滤波器)的任何遥控和监视装置能与站控系统UCS进行内部联接, 西门子提供了带PLC 和S7 系列功能组件的接口盘柜, 站控系统(对应于RR压缩机)UCS 是主机. UCS 和VSD之间的通讯接口是接口盘柜，VSD的主控是带有SIMOVERT S 的变频控制柜。VSD的所有成员向SIMOVERT S 的控制柜报告其运行状况. 当VSD的所有成员向SIMOVERT S 的控制柜报告“启动准备就绪”后, SIMOVERT S 的控制柜将向UCS 报告“启动准备就绪”. 在通过接口盘柜接收到UCS 的命令后, VSD将首先启动所有附属装置直至最后启动VSD, 然后转入”运行”状态.
万一UCS 系统或通讯规程发生故障, VSD可以就地操作模式运行. 在这种情况下, SIMOVERT S 控制柜上带钥匙的选择开关应选到“就地”位置.当选定 “就地”位置后, VSD将通过柜门上的操作面板进行就地操作. VSD对其所有成员的监视将仍然有效, 而且如果它们的行为有异, 将进行相应的报警/跳闸.此
时, 所有VSD的成员的运行皆由SIMOVERT S 的控制系统进行就地控制.万一进行维修保养, VSD还有一个电机就地控制箱, 此箱位于电机附近. 箱上有选择开关、急停按钮以及数字式速度显示器. 如果箱上的选择开关打在“遥控已锁”位置, 那么就不能进行遥控运行.即使是在就地运行期间, 所有的实际数值和状态文字都将传输给UCS 系统作为信息了解.如果VSD是以就地模式被启动, 无需停机,VSD 可以被切换成遥控运行. 所有实际数值都可被传输给UCS.
VSD接口盘和站控UCS间的信号交换有： 1.硬线信号： 1）从UCS-VSD的信号 •驱动系统初始化 •驱动系统启动/停止 •驱动系统快停 •紧急停车 •跳闸确认
•电机速度设定(4-20mA input) b) 从VSD-UCS的输出 • VSD准备启动
• VSD in operationVSD运行中 • VSD alarm报警 • VSD trip跳闸
•电机达到最低转速(=3120rpm) •原水回路启动
•原水回路停止
•电机实际速度(4-20mA output) •直流环电流(4-20mA output) •直流环功率(4-20mA output) •电机电压(4-20mA output) c)从电机到UCS间的输出 •轴振动
2. Signals via Ethernet通过以太网连接的信号 a)模拟信号 •电机实际速度 •电机电压 •系统1直流环电流 •系统2直流环电流 •直流环功率 •励磁电流 •驱动端轴承温度 •非驱动端轴承温度 •励磁机轴承温度 •定子1U相绕组温度 •定子1V相绕组温度 •定子1W相绕组温度 •定子2U相绕组温度
•定子2V相绕组温度 •定子2W相绕组温度 •驱动端冷空气温度 •非驱动端冷空气温度 •热空气温度 b)二进制信号 • VSD公用报警 • VSD公用跳闸 Transformer变频变 •变压器公用报警 •变压器公用跳闸 •变压器瓦斯继电器跳闸 •变压器油温跳闸 •变压器油压跳闸 •变压器绕组温度报警 •变压器绕组温度跳闸 •变压器油位高报警 Converter变频器 •变频器公用报警 •变频器公用跳闸 •变频器控制报警 •变频器控制跳闸
•励磁机报警 •励磁机跳闸
•变频器冷却单元报警 •变频器冷却单元跳闸 Motor电机 •电机公用报警 •电机公用停车 •驱动端轴承油流故障 •非驱动端轴承油流故障 •励磁机轴承油流故障 •电机驱动端轴承温度报警 •电机驱动端轴承温度跳闸 •电机非驱动端轴承温度报警 •电机非驱动端轴承温度跳闸 •励磁机轴承温度报警 •励磁机轴承温度跳闸 •电机定子绕组U1温度报警 •电机定子绕组U1温度跳闸 •电机定子绕组V1温度报警 •电机定子绕组V1温度跳闸 •电机定子绕组W1温度报警 •电机定子绕组W1温度跳闸
•电机定子绕组U2温度报警 •电机定子绕组U2温度跳闸 •电机定子绕组V2温度报警 •电机定子绕组V2温度跳闸 •电机定子绕组W2温度报警 •电机定子绕组温度跳闸 •电机驱动端冷空气报警 •电机驱动端冷空气跳闸 • 电机非驱动端冷空气报警 •电机非驱动端冷空气跳闸 •电机热空气温度报警 •电机热空气温度跳闸 •电机水泄漏报警 •驱动端顶轴油压报警• •非驱动端顶轴油压报警 •吹扫时间已过 •吹扫正在进行 •电机已加压 Filter Uni滤波系统 •滤波系统报警 •滤波系统跳闸
1．1．6同步电动机、励磁及其控制系统
同步电动机参数见表
型 号 电 压 频 率 效 率 短路阻抗Xk 飞 车 转 速 1DX1749-8ES01-Z； 2×3交流同步电动机 2×4.8KV 80HZ 97.2% 6.24% 5545 min -1功 率 电 流 转 速 功率因数 保护等级 22MW 2×1470A 4800min 0.925 IP55 -1 电驱系统应用的电机是同步电动机。同步电动机是转子以相同于定子中电源频率的速度旋转的电机。其转速关系为：
n=60f/p n：转速(转/分钟) f：电源频率（周期/秒）
p：电机极对数（机械上每转经过的电周期）
给同步电动机三相对称的定子绕组通入三相对称电流会在气隙内产生一旋转磁场，旋转磁场的同步转速为n,同步电机转子的励磁绕组通入直流，在转子内产生一恒定磁场，此时，转子可以看成一块磁铁。电机统一理论说明，两磁场在电机稳态运行时，必须保持相对静止，才能产生稳定的电磁转矩，驱动电机以同步转速旋转。
和变频部分对应，结合压缩机组大、输入功率高的驱动特点，电力电子变频器的输出电压受到电力电子器件制造水平的限制，一般为了避免同步电机的电枢电流过大，采用多相方案。电驱机组同步电机采用双星型接线方式，为六相电机，每组额定电压4.8kV，无刷励磁。
该方案具有以下优点：
a:减少了每相绕组的电流和功率，提高了电机的输出功率；
b:电机多相绕组由多组变流器供电，增加了系统可靠性，可以实现可靠
性冗余运行。
电机内有五个各1kW的电机防冷凝加热器，其中同步电机内四个，励磁机一个，停机时用来加热其内部，以防止因为潮气而导致机组损坏。正常运行时加热器不工作。
同步电机顶轴系统电机参数：
接线方式 电 压 频 率 功率因数 △/Y 230/400V 50HZ 0.8 功 率 电 流 转 速 1.5KW 6.1/3.5A 1420min -1为了减少压缩机低速时电机转子转动力矩和避免轴瓦的磨损，电驱系统的同步电机在非驱动端和驱动端分别安装了顶轴油泵，当启停机电机转速低于800rpm时开启顶轴油系统，能使转子稳定转动,随着压缩机转速升高，电机在高速时利用转子与轴瓦的相对运动，可形成稳定的油膜，所以在转速升高稳定后停止顶轴油系统，压缩机正常运行时顶轴油泵不启动。
顶轴油泵工作主要依据是顶起油压力，启动后压力应在一定范围内。油压偏高说明转子未充分顶起，高压油排油不畅；偏低时表示高压管道系统有漏油现象。压力
励磁部分：
电驱系统同步电机采用无刷励磁，电机的励磁机为绕线转子异步发电机，交流励磁机的定子三相绕组接由励磁柜内的双向晶闸管组成的固态三相交流调压器—A60，交流励磁机的转子与同步电机的转子同轴。当同步电机旋转时，交流励磁机的转子绕组就感应出交流三相电动势，经过固定在同步电机转子轴上的二极管整流器变换成直流电流，供给同步电机的励磁绕组。同步电机转子励磁电流的调节通过控制定子三相交流调压器双向晶闸管的延迟角从而调整交流励磁机定子磁场来实现。取消了电刷和集电环，延长了同步电机的连续运转时间，提高了可靠性，适宜于压气站易燃易爆的特殊环境。
其原理接线如图所示：
1、熔断器；2、变压器；3、接地故障检测；4、接触器；5、交流电压控制器6、励磁机定子；7、带有二极管的转子；8、电机转子 1．1．7 SIMOVERT S 控制系统硬件功能
LCI的监控将由SIMADYN D多处理器系统来完成。 与RRESI网络的接口将由SIMATIC S7系统完成，同时，SIMATIC S7也将实现以太网与西门子驱动系统的通信。这将使远程的系统维护得以实现。
控制系统使用的SIMADYN D控制系统，该系统是一个全数字化可自由配置带多微机系统，专门用于系统的计算和快速的开闭环控制。SIMADYN D数
字控制系统应用矢量原理，并通过系统的开环和闭环控制来实现对电动机调速的控制， 在矢量控制方式中，磁场电流实际值和转矩电流实际值可以根据测定的电机定子电压、和电流的实际值经变换计算求得。磁场电流和转矩电流的实际值与之相应的设定值进行比较和调节。 其中A100中：
PM5 板为功率部分主控，主要是速度闭环控制和逻辑控制； IT41板为开闭环控制工艺扩展板用于诸如闭环速度和位置控制 MM3板为系统缓存器存储板。
PG16板为进线侧转矩闭环控制处理器板。 PS16板为电机侧闭环控制板。 TS12为电机侧触发控制板。 CS7/8为通讯板。
SE21.2为电机侧功率部分与PS16板之间的接口板。主要功能为逆变侧检测电流和电压。
SE48.1用于进线整流侧功率部分和主处理器之间的接口 IMPAG4为脉冲触发输出板。
A100中所有软件程序都用STRUC G 编程，各个控制板在闭环控制的逻辑连接如下，其中各处理器的功能在软件中有各自的功能块名称 A200中：
PM5 用于外部和内部接口处理， CS7/CS8用于通讯。 MM4为系统缓存板。
A200中的软件用CFC 编程。 1．1．8 SIMOVERT S 控制系统工作原理
交流侧整流器的控制包括了速度调节器，对电流调节器计算设定值。当电机运行在基速以上时(弱磁区)速度调节器的参数进行自适应。每一个交流侧整流器都有其自己的电流调节器。这些电流调节器与交流侧整流器共同产生了直流连接电流并与电机实际需要的转矩成比例。如果一侧整流器故障, 电机可以一半负荷运行.负载侧逆变器进行电子换相，即：直流连接电流根据转子的实际位置接通到相应的定子绕组以获得实际最大的电机转矩。这种方法的特殊优点在于电机在任何时候都与其供电电源同步地旋转。
因此检测转子的实际位置和磁通轴角度就非常必要。电机模拟器模型（TRANSVECTOR矢量控制）进行检测。电机模拟器模型根据定子电流和电压的实际值计算所有必要的数据。甚至在停车期间，电机模拟器模型也根据磁场建立所产生的定子感生电压可以确定转子的精确位置。于是，电机可进行被控的启动和加速。
另外，TRANSVECTOR矢量控制计算了励磁电流的设定值，并由励磁电流调节器进行控制。直流励磁电流通过滑环送到转子绕组。由于这样的励磁原理，传动可取得很高的动态性能。
在PM5板中，传动部分的逻辑功能块名是FP-AST，电机侧闭环控制的使能及顺序控制包含在FP-AST中，逆变侧电机磁通和反电势的校验也在FP-AST中实现。另外，手动测试功能步骤也在FP-AST中。FP-URG功能块监控整流侧和逆变侧闭环控制过程，所有整流和逆变闭环控制的报警、故障信息
由FP-URG功能块产生；FP-NRG功能块是PM5中的闭环速度控制功能块，给定积分器、速度调节器、转矩限幅及DC-LINK 电流给定功能包含在此功能块中。FP-WRG功能块校正电机侧变频器触发角，保证电流控制器在线路电压降低的状况下降低力矩保证电机的正常运行。处理器PG 16功能程序块FP-MN1和FP-MN2，该功能程序包主要包括同步触发脉冲调用、整流侧变频器LSC的实际值检测，闭环电流调节器，自动换向和可控硅门极触发单元。因此，闭环速度控制的输出电流定值（$ W ID）直接加在DC-LINK上。对于低速度范围，直流回路脉冲零电流在此产生，以保证可靠的MSC（电机侧变频器）在电机低速时换向。功能程序包FP MN 1/2也包括几个保护功能（例如故障，功率实际值，过流），这些功能均要求快速降低电流。 1．1．9滤波系统
滤波及无功补偿部分是电驱系统非常重要的组成部分，由MR公司提供。其外形和原理接线图如下图所示。
该系统由控制柜，5次谐波滤波及补偿柜一组，7次谐波滤波及补偿柜
一组和三组11及高次谐波滤波及补偿柜组成。
在10kV开关柜内配有连接滤波补偿装置的断路器109，将滤波补偿装
置接入10kV中压母线。滤波柜的高压室门在运行情况下不可打开，误打开高压室任一扇门会导致所有滤波及补偿柜跳闸，高压室门仅当系统处于停滞状态下才能打开，必须具有可见的隔离间隙并且中压电容器已放电（放电时间10分钟），启机前一定要保证各高压柜门已完好关闭。
在系统关机后，电容器中会有残留电压，在电容器放电时间（10分钟）
完成之前禁止接地或短路。
正常运行时，5次滤波柜和7次滤波柜和2组11次柜必须投入。另外
1组11次柜根据无功需求，有选择地投入运行，保证在投入滤波柜后系统仍有滞后的功率因素，在系统总无功需求大于10MVar时，三组11次滤波柜均需投入。
在启机时，5次柜先投入，在得到5次柜投入的信息后7次柜才可投入，
7次柜投入是后续11及高次滤波柜投入的前提。
各个滤波柜二次柜内装有电容器保护器监视滤波柜的正常运行情况。 滤波补偿装置控制是种多功能继电器。它是根据需要专门为控制中压补偿装置开发的多功能控制器。
具体到每一面柜，其投入的条件是： 1. DC220V控制电源电压正常；
2. KZ00柜（总控制柜）发合闸指令，柜内的KZ00-K201（5）、202（7）、203（11.1）、204（11.2）、205（11.3）中间继电器各自带电； 3. 所有高压室柜门关好门开关常开接点闭合；
4. 上级谐波柜正常投入（五次正常投入的条件是10kV电源109开关正常投入，七次投入的条件是五次正常投入，后面三组的条件由七次正常投入决定）
5. 各柜内六只一次高压保险完好；（上有辅助接点）
6. 各柜内温度正常，无过温；（五组柜的风机启动温度35℃，5、7次温度超45℃跳闸，后三组柜温度超50℃跳闸）
7. 各柜内谐波和不平衡保护（零序）继电器未启动，即无零序信号；
8. 各柜内电容放电完毕，完全放电。
其工作原理是，在供电系统中，总是希望交流电压和交流电流是正弦波，但是电驱系统应用电力电子变换技术的电气设备的工作电压或电流波形是非正弦的周期波，这种非正弦的周期波可以分解为一个同频率的正弦波和很多整数倍频率的正弦波之和，其中这个与非正弦周期波同频率的正弦波，称为基波。频率为基波频率的整数倍的各种正弦波，统称为谐波或高次谐波，谐波频率与基波的比值称为谐波次数。
谐波产生的根本原因是线路的非线性。电力电子产生的谐波，对公用电网的危害有：
1.
谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率；
2.
谐波影响各种电气设备的正常工作，使电动机发生机械振动，噪声和过热；
3.
当谐波源接至电网时，由于电网传输阻抗的存在，注入电网的谐波电流会引起电网电压畸变，从而影响整个电力系统的电气环境，可能会引发一系列问题；
4. 5.
对旋转电机产生附加功率损耗和发热并引发振动；
谐波电流和电压对感应电动机及同步电动机的主要损害在于：谐波频率下铁损和铜损的增加，引起额外温升。这些额外损失将导致电动机效率降低，并影响转矩。
6.
对于旋转电机设备，与正弦磁化相比，谐波会增加噪音量。如五次和七次这种谐波源，在发电机或电动机负载系统上，可产生六次谐波频率的机械振动。如果机械谐振频率与电气励磁频率重合，
将发生共振并产生很大的机械应力，导致机械故障；
7.
增加变压器及电网损耗。对变压器而言，谐波电流危害主要体现在以下几方面：（1）谐波电流导致铜损和杂散损增加，谐波电压则会增加铁损；（2）谐波导致变压器的温升提高；（3）导致变压器噪声增加。这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降 ；
8.
谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确；
9.
谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，造成更大的危害。
如前所述：滤波系统共有五面柜，如图示为单调谐滤波器原理图：
Ish IfhZsZfhIh
滤波器对谐波的抑制作用，原理如图所示。滤波器的作用是对谐波起分流作用，即使谐波电流只有小部分流入电网，绝大部分流入滤波器。
h次单调谐滤波器在角频率ωh=hω1时的阻抗为 Zfh=Rfh+j(hω1L-1) （7-114） h1Cω1——额定工频角频率；
Rfh——滤波器的等效h次谐波电阻。
hω1L-1/ hω1C=0时滤波器谐振，Zfh=Rfh，此时h次谐波电流将主要通
过低值电阻Rfh分流，流入系统的h次谐波电流很小，使系统的h次谐波电压大为降低。
其无功功率的补偿的作用如下图示：
如图所示，在负荷处就地提供补偿电流Ic，在保持有功功率P不变时可使功率因数从cosφ1提高到cosφ2，并使视在功率从S1减小到S2，从而能降低设备容量，减少功率损耗。
从图有关系：
tgφ1=Q1/P ，tgφ2=Q2/P
因此，在保持有功功率P不变时使功率因数从cosφ1提高到cosφ2所需补偿的无功功率Qc为
Qc=Q1-Q2=P（tgφ1- tgφ2） 对应每相补偿电容的大小为：
1PC(tan1tan2) 23Uω—电源的角频率 U---电源电压的有效值 1．1．10 同步电动机检测单元
如图示为电机各部位图，对应于各监视设施和装置的端子盒，40：液压电机和压力开关端子，19：电机定子绕组检测；20：空水冷却和热空气检测；22：轴振动监测系统；21：轴承检测。
1．1．11同步电动机正压通风防爆及控制系统
西门子电机正压通风防爆系统的作用是：在正压通风防爆电机的机壳内产生和保持一个正压，以防止周边易爆气体的进入。
正压防爆系统的组成如图示：
1、控制箱ST-300；2、吹扫出口阀；3、电机内压力测量点； 4、出口阀的管线；5，6、气量测量点 7、机内压力测量管线 8、仪表风进口 9、仪表风至电机的出口 10、机壳
1、控制单元F-351 2、保护箱体 3，5、隔爆箱 4，21、压差测量连接处 6、型号代码 7、电缆板 8、至电机的出气口 9、主气阀 10、法兰 11、格栅 12、压力调节器 13、压力表 14、泄漏量调节阀 15、比例阀 16、吹洗阀 17、吹洗量调节阀 18、出口阀压力测量连接处 19、出口阀连接处 20 主开关 22 压差连接处
其中控制单元F-351能发出的信号有：准备就绪，可以启动；吹洗完毕；正在吹洗；电机未吹洗；电机已停机信号。 下图为单线连接原理图：
1．1．12 功率单元水冷系统
冷却装置电机参数
功率 电压 频率 速度 绝缘等级 防护等级 启动方式 kW V Hz 1/min ISO F IP 55 通过线路起动 4.0 380 50 2900 变频器产生的热损耗通过冷却系统带给冷却水。
一次回路中的去离子水通过板式热交换器由二次回路中的生水进行冷却。
必须按照以下步骤对一次回路灌注去离子水： 1．打开缓冲罐的通风和换气过滤器。 2．检查是否所有排水螺钉和旋塞都已关闭。 3．检查是否所有放气螺钉和旋塞都已关闭。
4．打开一次回路的所有蝶形阀 5．应使用灌注泵灌注设备。
1.2.12 UMD（Uninterrupter Motor Drive）系统
UMD为不间断电机驱动的缩写，其上负荷为电驱系统的顶轴油泵和主滑油泵，顶轴油泵在电机启停机转速低于800rpm时工作，UMD系统能保证在失电情况下主滑油泵运转8min。
如图示为UMD系统的电气原理接线图。
1．2、调试中出现的问题
1．2．1.变频寻找电机转子位置时的调试:
启动电机时，要先激磁计算出转子初始位置,然后再将电机启到高速。 实际调试时，在启动时电机报F519 和F520 既电机控制系统反复寻找转子位
置并失败。从电机侧看的现象是电机在很小的转速下来回往复转动几次后停机。其波形如图：
反复调整励磁的大小和特性曲线
系统经过大量的调试工作,最后达到了最佳状态.
1．2．2.启动时电机在临界转速振动过大的问题解决
调试时，变频器带动电机经常在启动时在转速达2400~2800rpm时，因为轴承振动值超限而跳机，经过与西门子柏林电机厂专家反复商讨，最后采取让电机先在1800转运行20分钟，然后再快速通过2400~2800rpm的办法，使问题得到解决。这是因为所有的电机因为机械制造的原因，都存在机械共振即临界转速的问题。通常电机是不会超过临界转速运行，而这次我们选用的是高速电机，电机轴承在冷态下的柔性弯曲会造成启动时在临界转速振动过大的问题，而轴承在1800转运行一段时间后可得到欲热和伸展，从而避免了在经过临界转速振动过大的问题。
1．2．3.运行初期电机漏油问题的解决:
系统在运行初期,电机的驱动端漏油非常严重, 西门子专门派德国专家到现场做了大量实验
最后发现是压缩机厂家的润滑油站油路在电机运行到高速时会产生离心机效应,而离 心机效应所产生的压力通过回油管进到了电机轴承内部从而造成轴承油气孔大量漏油。后经压缩机厂家改造好油路，问题得以解决。 2、电驱机组运行前的准备和检查
2.1工艺管线及电控系统
2.1.1 UPS、UMD供电正常，蓄电池电压在额定值； 2.1.2 MCC、MCC-S柜用电设备操作及检查；
2.1.3 110kV变电站运行正常,10kV开关柜、阻尼柜内设备正常，处于待命工作状态；
2.1.4 启动空气压缩机系统，检查空气储气罐的压力在0.95Mpa以上，向
机组及所有用气设备供气的管路畅通；
2.1.5向主控制柜及柜内设备供电，使控制系统启动并处于待命状态； 2.1.6将站场相关阀门（特别是手动阀门）置于正常工作状态，站场工艺
流程正确,检查工艺管线应无泄漏；
2.1.7置变频器控制柜上转换开关和电机旁操作盘开关于“RESET”位置，
消除一切报警和停机信息，使系统复位；
4.1.8检查消防系统处于待命工作状态，状态指示灯显示黄色。 2.2 10kV开关柜、阻尼柜
a) 柜内设备正常，接地完好，开关位置正确；
b) 柜门关好，消除一切报警和故障信息，使系统复位，处于待命工作状态； 2.3变频变压器
a) 检查呼吸器的状况，必要时更换干燥剂； b) 检查并清洁套管、进出线的连接；
c) 检查变压器接地是否良好；变压器室保护出口端子箱的接地是否良好； d) 检查变压器分接开关的位置和接触是否良好；
e) 检查变压器油位适当且与实际温度相符，检查有无渗油现象； f) g) h) i)
检查电缆有无破损、腐蚀等现象；
瓦斯继电器是否充满油，连接阀门应在打开位置; 冷却装置是否良好。 避雷器动作情况。
j) 基础有无裂缝，下沉。 2.4变频装置、谐波滤波装置
a) 检查所有导线、电缆接线是否牢固，检查进线刀闸上的接地线已解开。 b) 检查各类低压电源供电是否正常，开关位置是否正确，接触器、继电
器的可动部分动作是否灵活。
c) 检查有无异物落入柜内，是否脏污，必要时进行清扫。 d) 检查印刷线路板、插头、插座是否牢固。
e) 检查所有熔断器是否良好，规格是否符合要求，必要时更换。 f) 检查接地线是否良好。 g) 检查空调是否良好。
h) 检查冷却风扇转动是否灵活，润滑是否良好。
i) 检查辅助电流回路是否完好，所有辅助装置是否良好。
j) 检查去离子水冷却系统是否完好，液位是否正常，必要时加去离子水； k) 检查电导率是否正常，如高可先启动去离子水泵循环，使电导率在规
定范围内；
l) 检查去离子水系统的所有开关、阀门位置是否正常，有无泄漏； m) 检查变频器功率柜门、滤波装置柜门是否关闭，去离子水系统、变频
器控制系统、滤波装置控制系统有无报警、故障信号并复位，使系统处于准备好状态。
n) 转动控制柜上“远程/就地”控制旋钮，选择远程控制方式; 电机的
就地控制箱也要设定为遥控方式。
o) 对所有传动系统的特殊启动参数，包括加速时间、减速时间、加速曲
线选择、启始频率、控制方式、电机保护参数等进行检查确认。 p) 检查远程控制是否准备就绪。 2.5电机
a) 启动前系统必须处于就绪状态。 b) 电机绕组的绝缘是否良好。
c) 电机绕组线圈、接头及绝缘件是否处于良好状态，颜色是否正常。 d) 轴承油位是否正常,联轴器是否完好; e) 检查辅助系统是否正常，各标计有无损坏。 f) 所有固定螺栓是否牢固，基础无有裂缝。 g) 检查电动机外壳接地应良好;
h) 在使用互锁回路后，必须确保加压外罩就绪、启动排气、正压通风系
统满足要求，才能进行加电操作。
i) 电动机接通电源后出现不能转动,以及电流指示不正常,声音不正常等
现象时,应立即切断电源,查明原因处理后方可起动;
2.6外部循环水冷却系统 a) b) c) d)
检查整个系统设备是否正常，各开关、阀门是否在正确位置； 内循环水、外部喷淋水系统是否正常，液位正常；
接地系统是否完好,各电气、仪表系统是否完好，表计是否正常。 整个循环水系统处于完好备用状态。
2.7 UMD系统
a) 检查UMD系统是否工作正常,各开关是否正常；
b) 检查电池是否正常；
c) 检查变频器系统是否工作正常。 2.8正压通风系统
a) 设备现场相连管道系统清洁。 b) 电机外罩清洁，电机内生成超压。 c) 环境温度为-20ºC到+40ºC。 2.9压缩机的检查和准备
a) 打开压缩机壳体排污阀和密封气过滤器排污阀，放掉积液后关闭； b) 检查干气密封系统隔离空气供气应正常；
c) 检查压缩机润滑油，正常供油温度应在35℃到65℃之间；
d) 检查主润滑油系统应无泄漏，并观察油箱液位显示窗，油位应处于低
位报警刻线之上；
3 电驱机组投运中的逻辑控制
3.1 有下列情况之一时，操作人员不应进行启动操作：
a) 连锁不完善；
b) 出现有任何断路或报警指示故障； 3.2 启动变频器运行程序
a) 装置控制系统UCS发出变频系统初始化命令，该命令通过硬线送到变频
器。
b) 变频器开关接通气洗设施到运行状态。 c) 变频器开关接通冷却系统。
d) 冷却系统反馈信号：就绪。 e) 接口控制盘IP接通原水泵。
f) 70分钟后，接口控制盘IP反馈信号：电机已加气压。 g) 变频器送给UCS反馈信号：VSD就绪 (VSD = 变频器) h) UCS确认油泵已通电。
i) UCS发出 驱动机启动(Start启/Stop停=1) 命令通过硬线送到变频器
上。
j) UCS把速度设定值送到变频器上。 k) 变频器闭合断路器1，稍后闭合断路器2。 l) 断路器反馈信号：接通。
m) 变频器接通滤波器：滤波器CB接通 (CB = 断路器) n) 滤波器反馈信号：滤波器接通。 o) 变频器送给UCS信号：调速驱动运行。 p) 暖车15分钟（1500 rpm）；
q) 变频器把电机加速到其最低转速： nmin (= 3120 rpm) 变频器送给UCS信号：系统已达到最低转速。
4 电驱机组运行中的检查
4.1. 加载后的检查
加载稳定后30分钟内进行检查:
6.1.1检查整个机组振动，确认在安全范围。 6.1.2检查所有轴承温度，确认在安全范围。
6.1.3检查机组系统管线的密封情况，确认无泄漏。
6.1.4检查工艺系统安全阀状态。 6.1.5检查所有排污阀关闭状态。
6.1.6检查变频器水冷却系统是否正常； 6.1.7检查谐波滤波装置工作是否正常； 6.1.8检查UMD系统是否工作正常。 4.2正常运行中的检查
4.2.1 变压器
a) 每天至少应巡视变压器1次，过负荷或气候突变时须增加巡视次数。 b) 新投入或检修后的变压器第一次带负荷时应进行机动性检查； c) 每次短路故障后，应立即进行检查。
d) 检查变压器油位适当且与实际温度相符，有无渗漏油。 e) 电缆有无破损、腐蚀等现象；
f) 变压器声音是否均匀正常，有无异音、油温是否正常，若有异况则应记录当时的运行参数；
g) 瓦斯继电器是否充满油，连接阀门应在打开位置。 h) 检查防爆管是否完好，释放阀是否工作。 i) 冷却装置是否良好。
j) 吸湿器硅胶变色程度是否失效。（变色超过2/3时应更换）
k) 变压器各连接引线是否过紧或过松，连接点有无发热变色现象。 l) 变压器的基础有无变形下沉等现象，外壳接地应牢固可靠。 m) 有无杂物飞落在变压器上或带电导体上。 n) 避雷器动作情况。 4.2.2 电动机
a) 每2小时对电动机巡视1 次，环绕站场及机组四周的徒步检查，检查
管线有无泄漏，以及机组运行有无异常,根据巡检路线，目视检查，发现异常及时汇报并采取相应处理措施； b) 电动机的机壳温度是否正常; c) 声音是否正常,振动是否增大; d) 电动机的周围是否干燥清洁； e) 电流、电压、功率、频率； f) 绕组温度； g) 冷却空气温度；
h) 冷却水的温度、流量； i) 轴瓦温度；
j) 机械振动（包括轴承位移）； k) 泄漏（水、油、正压通风）。
l) 用红外线温度计检查接线盒外表温度。
m) 检查空－水冷却系统是否工作正常、正压通风系统是否正常。 4.2.3 无刷励磁机
a) 无刷励磁机的定子机座； b) 轴承振动； c) 排气管道的外壳；
d) 无刷励磁机与外部通风，它连接到主机的冷却回路。 4.2.4 变频器
a) 日常检查应每2小时一次；
b) 键盘面板显示是否正常，有无缺少字符。仪表指示是否正确、是否有振
动、振荡等现象。
c) 冷却风扇部分是否运转正常，是否有异常声音等。 d) 检查去离子水流量、温度、电导率、液位及是否有异味。 e) 变频器周围环境是否符合标准规范，温度与湿度是否正常。
f) 变频器的散热器温度是否正常，电动机是否有过热、异味、噪声、振动
等异常情况。
g) 变频器控制系统是否有集聚尘埃的情况。
h) 变频器控制系统的各连接线及外围电器元件是否有松动等异常现象。 i) 检查变频器的进线电源是否异常，电源开关是否有电火花、缺相、引
线压接螺栓松，电压是否正常等。
j) 用红外线温度计检查变频器进出线柜门温度。 4.2.5 谐波补偿装置 a) 每2小时巡视一次；
b) 键盘面板显示是否正常，有无缺少字符，有无报警、故障等信号； c) 电容器无渗漏油现象。 d) 面板、温度、风扇应正常。 e) 电抗器无放电声音，
f) 信号指示正常，与实际情况相符； g) 电容器内部无放电声，无其它异常声音； h) 用红外线温度计检查滤波柜进出线柜门温度； i) 检查通风系统是否工作正常，室内温度； j) 其它参照配电装置巡视要求。 4.2.5外部循环水系统 a) 每2小时巡视一次；
b) 检查外部循环水系统的压力、流量、温度、液位是否正常； c) 电机、阀门、补水装置是否工作正常。 4.2.6 系统
a) 通过观察UCS及巡检,查看所有温度表,指示应在正常范围; b) 通过观察UCS及巡检,查看所有压力表,指示应在正常范围;
c) 在运行过程中注意通过站控室监视器监测各运行参数，注意观察机组
的振动、温度、转速、压力等参数的显示与正常值进行比较，出现异常情况，及时分析并处理，根据要求定期采集并保存；
检查UMD系统是否工作正常。
5 电驱机组停机时的逻辑控制
5.1 停机程序
a) UCS发出变频系统停止命令(Start启/Stop停= 0) 送给变频调速系统
VSD。
b) 电机按照控制方式减速(速度 n = 0)。 c) 变频器切断滤波器电源：OFF。 d) 变频器断开断路器1和2: OFF。 e) 断路器反馈信号：OFF。
f) 稍后，变频器切断冷却器电源：OFF。 g) 变频器切断气洗系统电源：OFF。 h) 接口控制盘IP切断原水泵电源：Off。 i) 电机静止后，接通加热器。 5.2 安全停车程序
a) 按下安全停车钮。 b) 变频器降低电流。 c) 变频控制系统关断脉冲。 d) 变频器断开滤波器电源: OFF。 e) 变频器断开断路器1和2: OFF。 f) 两个断路器反馈信号：OFF。 g) 变频器切断冷却系统电源：OFF。 h) 变频器切断气洗系统电源：OFF。
i) 接口控制盘IP切断原水系统。 5.3 故障停机
当出现某种故障，机组控制保护系统根据故障类别自动执行不同停机程序。
6 备用电驱机组的注意事项
电机停运超过3天应将其中冷却水排净或者将冷却水打循环，并保持水温不低于5℃。并采取下列措施，以确保电机保持备用状态，而无任何不利影响；
a) 投入冷凝加热器；
b) 对空水冷却器进行防腐处理； c) 定期启动电机。
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