一种高压变频器旁路接线一拖二模式的电气控制系统

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，具体涉及一种高压变频器旁路接线一拖二模式的电气控制系统。

背景技术

使用高压变频器一拖二旁路模式电气控制系统方案，既能调节高压电机运行转速又能够有效地控制项目投资，因此，目前高压变频器一拖二旁路模式电气控制已广泛应用；但高压变频器柜旁路柜生产厂家设计情况不同，动力及控制系统良莠不齐，因此在实际使用过程中会出现各种不同问题，既增加了检修难度又给电气控制带来安全隐患。

现有高压变频器一拖二技术主要存在的问题：

1、高压电源系统主接线不同，连接变频器的1#、2#高压开关柜内的断路器（QF1、QF2）及1#、2#旁路柜内的隔离开关（QS1、QS2），因误操作同时闭合，可能发生电源并联供电、非预期的送电或者电源短路的情况；1#、2#旁路柜内的隔离开关（QS2、QS5），因误操作同时闭合，将可能导致变频器过载运行、过流烧毁；同一旁路柜内的三台隔离开关，因误操作同时闭合，可能导致变频器过压故障、电动机无法变速运行。

2、通过PLC控制高压接触器的分合虽然可以解决“1”中指出的问题，但可能存在因PLC失电失去控制功能，程序稳定性差及因接触器结构复杂、数量多而导致故障率高等问题。

3、利用高压隔离开关的投切功能，高压开关柜、旁路柜与电动机可实现相对应的配电，但存在因为工作人员误操作导致高压开关柜、旁路柜与电动机出现不对应的配电，引起三者不可预期的配合方式及潜在的非正常运行风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压变频器旁路接线一拖二模式的电气控制系统；旨在解决现有变频器一拖二电气控制系统中PLC控制故障率高和误操作带来的运行安全问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高压变频器旁路接线一拖二模式的电气控制系统，包括：

高压开关柜，其包括1#开关柜和2#开关柜，1#开关柜设有高压断路器QF1，2#开关柜设有高压断路器QF2；

高压变频器C；

旁路柜，其包括1#旁路柜、2#旁路柜；1#旁路柜内部设有隔离开关QS1、隔离开关QS2和隔离开关QS3，2#旁路柜内部设有隔离开关QS4、隔离开关QS5和隔离开关QS6；隔离开关QS1连接高压断路器QF1出线端，隔离开关QS4连接高压断路器QF2出线端；隔离开关QS1和隔离开关QS4与高压变频器C输入端连接；隔离开关QS2和隔离开关QS5与高压变频器C输出端连接，隔离开关QS3连接在隔离开关QS1入线端和隔离开关QS2出线端之间，隔离开关QS6连接在隔离开关QS4入线端和隔离开关QS5出线端之间；

高压电机，其包括1#电机和2#电机；隔离开关QS2出线端与1#电机连接，隔离开关QS5的出线端与2#电机连接；

其中，隔离开关QS1与隔离开关QS3电气及机械互锁连接，二者不能同时闭合；隔离开关QS4和隔离开关QS6电气及机械互锁连接，二者不能同时闭合；隔离开关QS1与隔离开关QS4电气互锁连接，二者不能同时闭合；隔离开关QS2与隔离开关QS5电气互锁连接二者不能同时闭合。

进一步，所述高压变频器C扩展节点设有合闸中间继电器K7、分闸中间继电器K8和跳闸中间继电器K9，隔离开关QS1~QS6扩展设有对应的中间继电器K1~K6；通过接线形成上位机工频合闸/分闸回路、变频器合闸回路、变频器分闸回路、断路器合闸状态电路、断路器分闸状态电路和急停跳闸回路。

进一步，所述上位机工频合闸/分闸回路包括1#电机工频合闸/分闸控制回路和2#电机工频合闸/分闸控制回路；1#电机工频合闸控制回路中，PLC控制器远程控制设有的常开点、中间继电器K3的常开点、中间继电器K1和中间继电器K2的常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1合闸/分闸继电器回路，可实现1#开关柜内高压断路器QF1的合闸/分闸只能控制1#电动机的工频启/停；2#电机工频合闸控制回路中，PLC控制器远程控制设有的常开点、中间继电器K6的常开点、中间继电器K4和中间继电器K5的常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF2合闸/分闸继电器回路，可实现2#开关柜内高压断路器QF2的合闸/分闸只能控制2#电动机的工频启/停。

进一步，所述变频器合闸回路包括1#电机变频合闸控制回路和2#电机变频合闸控制回路；1#电机变频合闸控制回路中，合闸中间继电器K7的常开点、中间继电器K1常开点、中间继电器K2常开点和中间继电器K3常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1合闸继电器回路，实现变频器只能控制1#电动机变频启动；2#电机变频合闸控制回路中，合闸中间继电器K7的常开点、中间继电器K4常开点、中间继电器K5常开点和中间继电器K6常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF2合闸继电器回路，实现变频器只能控制2#电动机的变频启动。

进一步，所述变频器分闸回路包括1#电机变频分闸控制回路和2#电机变频分闸控制回路；1#电机变频分闸控制回路中，分闸中间继电器K8的常开点和中间继电器K1常开点串接，并串接入至上级高压断路器QF1分闸继电器回路，实现变频器只能控制1#电动机的变频停止；2#电机变频分闸控制回路中，分闸中间继电器K8的常开点和中间继电器K4常开点串接，并串接入至上级高压断路器QF2分闸继电器回路，实现变频器只能控制2#电动机的变频停止；

进一步，所述断路器合闸状态电路作为变频器启动电动机的备妥条件，断路器合闸状态电路包括QF1合闸状态电路和QF2合闸状态电路；QF1合闸状态电路中，中间继电器K1常开点和高压断路器QF1常开点串接；QF2合闸状态电路中，中间继电器K4常开点和高压断路器QF2常开点串接；上述两个回路并联后接入高压变频器C的控制模块，两个回路并联后向变频器控制模块输入高压断路器QF1、1#旁路柜、高压断路器QF2、2#旁路柜的联合备妥状态信号，变频器可以启动1#或2#电动机。

进一步，所述断路器分闸状态电路作为电动机在非变频拖动备妥条件下，断路器分闸状态电路包括QF1分闸状态电路和QF2分闸状态电路；QF1分闸状态电路中，中间继电器K4常闭点和高压断路器QF1常闭点串接；QF2分闸状态电路中，中间继电器K1常闭点和高压断路器QF2常闭点串接；上述两个回路并联后接入高压变频器C的控制模块，两个回路并联后向变频器控制模块输入高压断路器QF2、1#旁路柜、高压断路器QF2、1#旁路柜的联合非变频备妥状态信号，此时变频器不可以启动1#电动机及2#电动机。

进一步，所述急停跳闸回路包括QF1跳闸回路和QF2跳闸回路；QF1跳闸回路中，中间继电器K2常开点和跳闸中间继电器K9常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1综保开入量跳闸回路，实现变频器控制1#高压开关柜内高压断路器QF1急停跳闸；QF2跳闸回路中，中间继电器K5常开点和跳闸中间继电器K9常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF2综保开入量跳闸回路，实现变频器控制2#高压开关柜内高压断路器QF2急停跳闸。

本发明的有益效果是：

本发明利用电气连锁控制隔离开关、断路器的动作，并具体通过扩展中间继电器利用物理接线方式对隔离开关、断路器进行连锁控制；这样的设计方案可以有效避免误操作带来的电源并联供电、非预期的送电或者电源短路的情况，以及带来的变频器损坏问题；同时还可避免不对应的配电带来的非正常运行风险问题；这样的设计方案相较于PLC控制接触器切换，可提升系统控制稳定性，降低系统故障率。

本发明中，变频器命令通过旁路柜系统接线分别控制QF1和QF2分合闸和跳闸，并接收QF1和QF2的分合闸反馈信号，在整个系统运行过程中利于进一步提升系统运行的安全性。

附图说明

图1为本发明系统控制原理图；

图2为本发明系统控制图中信号扩展图；

图3为本发明系统控制图中的信号控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明优选实施例进行说明：

如图1至3所示，一种高压变频器C旁路接线一拖二模式的电气控制系统；该系统包括高压开关柜、高压变频器C、旁路柜和高压电机。

高压开关柜包括1#开关柜和2#开关柜，1#开关柜设有高压断路器QF1，2#开关柜设有高压断路器QF2；1#开关柜和2#开关柜用于对高压电机供电，高压断路器QF1和高压断路器QF2用于电源的通断。

高压变频器C内置有控制模块，利用控制模块接受信号并进行电路控制。

旁路柜包括1#旁路柜、2#旁路柜。1#旁路柜内部设有隔离开关QS1、隔离开关QS2和隔离开关QS3；隔离开关QS1和隔离开关QS2分别连接在高压变频器C的输入端和输出端，隔离开关QS1接入高压断路器QF1的出线端；隔离开关QS3连接在隔离开关QS1入线端和隔离开关QS2出线端之间。2#旁路柜内部设有隔离开关QS4、隔离开关QS5和隔离开关QS6；隔离开关QS4和隔离开关QS5分别连接在高压变频器C的输入端和输出端，隔离开关QS4接入高压断路器QF2的出线端；隔离开关QS6连接在隔离开关QS4入线端和隔离开关QS5出线端之间。为避免人为误操作带来的不可预期的配电问题和故障，应使隔离开关QS1与隔离开关QS3电气及机械互锁连接，隔离开关QS4和隔离开关QS6电气及机械互锁连接，这样的互锁设计可使1#电机或2#电机工/变频的运行状态实现准确切换；隔离开关QS1与隔离开关QS4电气互锁连接，隔离开关QS2与隔离开关QS5电气互锁连接，这样的互锁设计可以使1#电机或2#电机在运行时彼此独立，不出现同时工频或同时变频运行的状态。

高压电机包括1#电机和2#电机；隔离开关QS2出线端与1#电机连接，隔离开关QS5的出线端与2#电机连接。

为增加控制稳定性和安全性，高压变频器C扩展节点设有合闸中间继电器K7、分闸中间继电器K8和跳闸中间继电器K9，隔离开关QS1~QS6扩展设有对应的中间继电器K1~K6；通过接线形成上位机工频合闸/分闸回路、变频器合闸回路、变频器分闸回路、断路器合闸状态电路、断路器分闸状态电路和急停跳闸回路。

上位机工频合闸/分闸回路包括1#电机工频合闸/分闸控制回路和2#电机工频合闸/分闸控制回路。1#电机工频合闸/分闸控制回路中，PLC控制器远程控制设有的常开点、中间继电器K3的常开点、中间继电器K1和中间继电器K2的常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1合闸/分闸继电器回路，当隔离开关QS1和隔离开关QS2断开，隔离开关QS3闭合，实现PLC远程合闸/分闸高压断路器QF1。2#电机工频合闸/分闸控制回路中，PLC控制器远程控制设有的常开点、中间继电器K6的常开点、中间继电器K4和中间继电器K5的常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF2合闸/分闸继电器回路，当隔离开关QS4和隔离开关QS5断开，隔离开关QS6闭合，实现PLC远程合闸/分闸高压断路器QF2。

变频器合闸回路包括1#电机变频合闸控制回路和2#电机变频合闸控制回路。1#电机变频合闸控制回路中，合闸中间继电器K7的常开点、中间继电器K1常开点、中间继电器K2常开点和中间继电器K3常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1合闸继电器回路，当隔离开关QS1和隔离开关QS2闭合，隔离开关QS3断开，实现变频器内部控制模块控制合闸高压断路器QF1合闸。2#电机变频合闸控制回路中，合闸中间继电器K7的常开点、中间继电器K4常开点、中间继电器K5常开点和中间继电器K6常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF2合闸继电器回路，当隔离开关QS4和隔离开关QS5闭合，隔离开关QS6断开，实现变频器内部控制模块控制高压断路器QF2合闸。

变频器分闸回路包括1#电机变频分闸控制回路和2#电机变频分闸控制回路。1#电机变频分闸控制回路中，分闸中间继电器K8的常开点和中间继电器K1常开点串接，并串接入至上级高压断路器QF1分闸继电器回路，1#电机变频运行停止时，需要隔离开关QS1闭合且1#电机在运行，实现变频器内控制模块控制高压断路器QF1分闸。2#电机变频分闸控制回路中，分闸中间继电器K8的常开点和中间继电器K4常开点串接，并串接入至上级高压断路器QF2分闸继电器回路，2#电机变频运行停止时，需要隔离开关QS4闭合且1#电机在运行，实现变频器内控制模块控制高压断路器QF2分闸。

断路器合闸状态电路包括QF1合闸状态电路和QF2合闸状态电路。QF1合闸状态电路中，中间继电器K1常开点和高压断路器QF1常开点串接；QF2合闸状态电路中，中间继电器K4常开点和高压断路器QF2常开点串接。QF1合闸状态电路和QF2合闸状态电路并联后接入高压变频器C内控制模块，当高压断路器QF1和隔离开关QS1闭合，高压变频器C控制模块接收到高压断路器QF1合闸状态反馈，当高压断路器QF2和隔离开关QS4闭合，高压变频器C控制模块接收到高压断路器QF2合闸状态反馈，QF1合闸状态电路或QF2合闸状态电路反馈为合闸状态时，变频器可以启动1#电动机或2#电动机。

断路器分闸状态电路包括QF1分闸状态电路和QF2分闸状态电路。QF1分闸状态电路中，中间继电器K4常闭点和高压断路器QF1常闭点串接；QF2分闸状态电路中，中间继电器K1常闭点和高压断路器QF2常闭点串接。QF1分闸状态电路和QF2分闸状态电路并联后接入高压变频器C内控制模块，当高压断路器QF2断开和隔离开关QS1断开，变频器内控制模块接收到高压断路器QF2分闸状态反馈，当高压断路器QF1断开和隔离开关QS4断开，变频器控制模块接收到高压断路器QF1分闸状态反馈，QF1分闸状态电路或QF2分闸状态电路反馈为分闸状态时，变频器不可以启动1#电动机或2#电动机。

急停跳闸回路包括QF1跳闸回路和QF2跳闸回路；QF1跳闸回路中，中间继电器K2常开点和跳闸中间继电器K9常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1中综保装置的综保开入量跳闸回路；当隔离开关QS2闭合且变频器发出跳闸信号，实现变频器跳闸高压断路器QF1。QF2跳闸回路中，中间继电器K5常开点和跳闸中间继电器K9常闭点串接，并串接入至上级高压断路器QF1中综保装置的综保开入量跳闸回路，当隔离开关QS5闭合且变频器发出跳闸信号，实现变频器跳闸高压断路器QF2。

高压开关柜内的断路器设有断路器合闸/分闸回路和高压开关柜内设有综保装置，均为现有技术，本领域技术人员公知，此处不在赘述。

本发明可实现以下目的功能：

1、1#开关柜内高压断路器QF1、1#旁路柜内隔离开关QS3配电回路为1#电动机工频运行供电回路；2#开关柜内高压断路器QF2、2#旁路柜内隔离开关QS6配电回路为2#电动机工频运行供电回路。在1#电动机工频运行供电回路中，1#高压开关柜内高压断路器QF1的合闸、分闸只能控制1#电动机的工频启停；2#高压开关柜内断路器QF2的合闸、分闸只能控制2#电动机的工频启停。无其他工频运行供电回路及控制方式。

2、1#开关柜内高压断路器QF1、1#旁路柜内隔离开关（QS1、QS2）、高压变频器C配电回路为1#电动机变频运行回路；2#开关柜内高压断路器QF2、2#旁路柜内隔离开关QS4、QS5为配电回路为2#电动机的变频运行回路。在1#电动机变频运行供电回路中，高压变频器C在1#开关柜内高压断路器QF1的合闸、分闸状态满足1#电动机变频启停条件时，只能控制1#电动机的变频启停；在2#电动机变频运行供电回路中，高压变频器C在2#高压开关柜内高压断路器QF2的合闸、分闸状态满足2#电动机启停条件时，只能控制2#电动机的变频启停。无其他变频运行供电回路及控制方式。

3、在1#电动机变频运行时，高压变频器C只能控制1#开关柜内高压断路器QF1急停跳闸，在2#电动机的变频运行时，高压变频器C只能控制2#开关柜内高压断路器QF2急停跳闸。

本发明中：

两台高压电机运行方式包括以下几种：

1、隔离开关QS1和隔离开关QS2闭合，隔离开关QS3打开，1#电机变频运行；

隔离开关QS4和隔离开关QS5打开，隔离开关QS6闭合，2#电机工频运行。

2、隔离开关QS1和隔离开关QS2闭合，隔离开关QS3打开，1#电机变频运行；

隔离开关QS4和隔离开关QS5打开，隔离开关QS6打开，2#电机不运行。

3、隔离开关QS1和隔离开关QS2打开，隔离开关QS3闭合，1#电机工频运行。

隔离开关QS4和隔离开关QS5闭合，隔离开关QS6打开，2#电机变频运行。

4、隔离开关QS1和隔离开关QS2打开，隔离开关QS3闭合，1#电机工频运行。

隔离开关QS4和隔离开关QS5打开，隔离开关QS6闭合，2#电机工频运行。

5、隔离开关QS1和隔离开关QS2打开，隔离开关QS3闭合，1#电机工频运行。

隔离开关QS4和隔离开关QS5打开，隔离开关QS6打开，2#电机不运行。

6、隔离开关QS1和隔离开关QS2打开，隔离开关QS3打开，1#电机不运行。

隔离开关QS4和隔离开关QS5闭合，隔离开关QS6打开，2#电机变频运行。

7、隔离开关QS1和隔离开关QS2打开，隔离开关QS3打开，1#电机不运行。

隔离开关QS4和隔离开关QS5打开，隔离开关QS6闭合，2#电机工频运行。

在操作过程中，通过电气连锁实现下几点：

QS1与QS2同时闭合或打开，QS3与QS1/QS2不能同时闭合。

QS4与QS5同时闭合或打开，QS6与QS4/QS5不能同时闭合。

QS1与QS4不能同时闭合，QS2与QS5不能同时闭合。

以1#电机变频运行，2#电机工频运行情况下为例对系统控制原理进行说明；1#电机变频运行和2#电机工频运行时需要先把隔离开关QS1闭合，相应的隔离开关QS2闭合，隔离开关QS3打开；相应的隔离开关QS4打开，隔离开关QS5打开，隔离开关QS6闭合，再通过高压变频器C内控制模块，发出合闸命令信号，通过变频器合闸回路进行信号选择后，控制高压断路器QF1合闸，高压变频器C内控制模块发出断路器合闸信号后，需要在2-3秒内收到高压断路器QF1的断路器合闸状态反馈信号，通过旁路柜内断路器合闸状态电路和断路器分闸状态电路，完成反馈信号的区分；如果变频器在合闸命令信号发出2-3秒内未收到高压断路器QF1的合闸反馈信号，高压变频器C要发出变频器急停命令信号，图2中继电器K9失电，图3中急停跳闸回路中常闭点信号K9闭合，因此在故障状态下，QF1急停跳闸回路接通，综保装置收到信号，并控制高压断路器QF1跳闸，直到排除故障为止。工频运行信号由PLC柜远程发出，操作2#高压断路器闭合，2#高压电机工频运行。