荣信股份 川气东送管道增加工程 变频调速驱动系统 （黄金站、宜昌站、武汉站 ） 技术建议书.docx
《荣信股份 川气东送管道增加工程 变频调速驱动系统 （黄金站、宜昌站、武汉站 ） 技术建议书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《荣信股份 川气东送管道增加工程 变频调速驱动系统 （黄金站、宜昌站、武汉站 ） 技术建议书.docx（111页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
川气东送管道增加工程
变频调速驱动系统
（黄金站、宜昌站、武汉站）
技术建议书
目 录
本文件只用于“川气东送项目”黄金、宜昌、武汉站投标使用！
III
第一部分变频系统技术方案 1
1.电驱压缩机变频驱动系统总体介绍 1
1.1场站机组配置和技术要求 1
1.2各场站变频电驱变频系统方案 5
1.2.1黄金压气站配置方案 5
1.2.2宜昌压气站，武汉压气站配置方案 6
1.3变频驱动系统特点 10
1.4供货界面 11
1.5主要部件供货技术要求 12
1.6分包商 14
1.7场站条件符合性设计 14
1.8防合闸涌流抑制措施（按阻尼柜串电阻分析设计） 15
1.9标准 16
1.10变频器工程消耗 17
2.荣信SUPERHVC变频器 21
2.1变频系统技术选型 21
2.3荣信IEGT变频系统高可靠性保障 24
2.4变频系统技术性能 26
2.5功率器件配置 31
2.6电容器 33
2.7冷却系统 34
2.8设备外形及结构 37
2.9变频控制系统 38
2.10控制技术 41
3多脉波移相变压器 41
3.1多脉波变压器概述 41
3.2铁心结构 41
3.3绝缘、线圈结构 42
3.4油箱结构 43
3.5总体外部结构 43
3.6关于变压器噪声控制采取的措施说明 44
3.7关于对局部放电的控制说明 44
3.8保护设计 45
4变频驱动系统信号往来 56
4.1概述 56
4.2变频系统与UCS的数据连接和交换 56
4.3保护及报警系统 60
4.4PLC监控系统 65
4.5中文HMI人机界面 66
5.电力电缆及附件 70
5.1标准 70
5.2结构和材料 70
5.3工厂测试 71
5.4包装 71
6供货范围 72
6.1黄金站9MW电驱压缩机组供货范围 72
6.1.1变频器备件和专用工具 73
开车备件 73
专用工具 74
两年备件 74
6.2宜昌站、武汉站的11MW电驱压缩机组 77
开车备件 78
专用工具 79
两年备件 79
7.包装和运输 82
7.1油漆和防护涂层 82
7.2包装 82
7.3运输 82
8.试验和验收 83
8.1检查和试验 83
8.2试验标准 83
8.3变频器满载试验工厂装备说明 83
8.4型式试验 84
8.5工厂验收试验 84
8.6现场验收试验 87
8.7特殊试验 87
9.设计联络 88
10.监造 88
11.提交的文件 88
11.1概述 89
11.2订货后提交文件 89
11.3最终提交技术文件 90
第二部分数据单 91
变压器的数据表 91
变频器数据表 94
第三部分培训与服务 98
1培训 98
1.1培训目的 98
1.2培训工作简述 98
1.3培训方案及时间表 98
1.4培训资料 101
1.5培训效果评估 102
2技术服务 103
2.1本地化管线服务网络 103
2.2技术服务内容 103
2.3技术服务体系 103
2.4服务团队 104
2.5售后服务承诺 105
第一部分变频系统技术方案
1.电驱压缩机变频驱动系统总体介绍
本工程为川气东送管道增压工程。
本工程中的变频器驱动系统安装于川气东送管道增压工程中的黄金压气站、宜昌压气站，武汉压气站共计9套，每套包括开关柜、阻尼装置、36脉冲移相变压器、变频器以及所有装置之间的联接电力电缆、控制电缆等。
本技术建议书按照《川气东送管道增压工程采购系统技术规格书变频调速系统（黄金、宜昌、武汉）》技术规格书所提技术要求设计完成。
1.1场站机组配置和技术要求
黄金压气站、宜昌压气站，武汉压气站压缩机组配置要求见表1.1，气候及电源条件见表1.2。
表1.1 压缩机组配置表
站名
本工程机组配置
室内（外）安装方式
备注
压气站
2+1（7.2MW等级电驱）
室内安装
黄金站
压气站
2+1（11MW等级电驱）
室内安装
宜昌站
压气站
2+1（11MW等级电驱）
室内安装
武汉站
本文件只用于“川气东送项目”黄金、宜昌、武汉站投标使用！
第97页
黄金站现场环境条件
表1.2气候条件
黄金压气站
极端最高气温
42.2℃
极端最低气温
-1.8℃
最热月（七月）平均温度
28.5℃
最冷月（一月）平均温度
7.2℃
年平均温度
16.4℃
年平均相对湿度
81%
最大相对湿度
83%
最小相对湿度
70%
年平均降雨量
1172mm
年平均气压
1012.2kPa
自然海拔高度（m）
259m
最大冻土层深度（mm）
/
厂区地震裂度
VI
污秽等级
III
室内环境温度
5-40℃
室内相对湿度
〈95%
年平均雷暴日
37天
地震动峰值加速度
0.05g
武汉站现场环境条件
武汉压气站
极端最高气温
39.4℃
极端最低气温
-18.1℃
最热月（七月）平均温度
28.7℃
最冷月（一月）平均温度
3℃
年平均温度
12.8℃
年平均相对湿度
83%
最大相对湿度
83%
最小相对湿度
76%
年平均降雨量
1701.9mm
年平均气压
894.6hpa
自然海拔高度（m）
23.3m
最大冻土层深度（mm）
/
厂区地震裂度
VI
污秽等级
III
室内环境温度
5-40℃
室内相对湿度
〈95%
年平均雷暴日
36.9天
地震动峰值加速度
0.05g
宜昌现场环境条件
宜昌压气站
极端最高气温
41.4℃
极端最低气温
-9.8℃
最热月（七月）平均温度
33℃
最冷月（一月）平均温度
4.7℃
年平均温度
12.8℃
年平均相对湿度
80%
最大相对湿度
83%
最小相对湿度
76%
m年平均降雨量
1701.9mm
年平均气压
894.6hpa
自然海拔高度（m）
133.1m
最大冻土层深度（mm）
/
厂区地震裂度
VI
污秽等级
III
室内环境温度
5-40℃
室内相对湿度
〈95%
年平均雷暴日
44.6天
地震动峰值加速度
0.05g
表1.3供电条件
黄金压气站
最大短路容量（kA）
最小短路容量（kA）
1#电源
20
8
2#电源
18
6
武汉压气站
最大短路容量（kA）
最小短路容量（kA）
1#电源
24
8
2#电源
23
7
宜昌压气站
最大短路容量（kA）
最小短路容量（kA）
1#电源
24
8
2#电源
23
7
备注：
110kV电源条件
A.持续波动
●电压：
正、负偏差绝对值之和≤10%
●频率：
≤±2%
B.短时和偶然的波动
●电压：
≤30%
●频率：
≤±5%辅助设备电源条件
A.站内能够提供交流380/220V50Hz交流电源作为变频、电机的辅助系统的电源。
B.站内能够提供直流220V电源作为变频、电机的辅助系统的电源.
C.站内能够提供不间断的UPS电源作为电机及变频的辅助电源.
D.0V电源电压偏移为±7％；220V电源电压偏移为＋7％及－10％；直流220V的电压偏移为＋10％及－15％；UPS电压偏移为±5％；
电机出线开关的电流互感器二次侧电流为1A.安装条件：
VFDS系统的电动机安装在爆炸1类2区场所内，电动机安装在户内（通风良好）；变频设备为普通场所户内安装，移相变压器采用户外安装，辅助系统视情况定
1.2各场站变频电驱变频系统方案
1.2.1黄金压气站配置方案
黄金压气站的机组电机功率为7.2MW等级，系统配置IEGT水冷变频系统一拖一驱动，变频器的电压等级为10kV输入6kV输出。
变频驱动系统由进线开关柜、阻尼柜、移相隔离变压器、电压源型变频器、异步电动机（由电机厂供货）和相关组件组成，系统无需输入滤波器和无功补偿装置。
系统间各设备连接电缆和附件主要包括：
开关柜-阻尼柜-进线隔离柜-隔离变压器-变频器、变频器和防爆电机之间连接高压电缆，成列布置供货设备间连接电缆，电缆连接件、与外界接口所须各组件等，其中与变频系统相关联的的动力电缆，控制电缆由荣信公司提供。
黄金压气站每套变频系统配置1台9MVA油浸式多脉波变压器，此移相隔离变压器设计为36脉波移相整流变压器，每台二次引出套管共3*6个。
冷却方式油自循环加自然
风冷，室外安装满足场站气候条件。
隔离变压器基础所需的地脚螺栓、埋地套管、电缆连接所需的绝缘子、接线铜板、铜端子、螺栓、电缆套管、护套等所有组件由荣信随设备一起配套提供；隔离变压器设置进、出线接线箱。
变频器柜体总尺寸6800mmx1700mmx2700mm（长x宽x高）
变频器（9MVA）柜体组成、外形及系统布置示意图
1.2.2宜昌压气站，武汉压气站配置方案
机组电机功率为11MW等级，系统配置IEGT水冷变频系统一拖一驱动方案，变频
器的电压等级为10kV输入6kV输出。
变频驱动系统由进线开关柜、阻尼柜、移相隔离变压器、电压源型变频器、异步电动机（由电机厂供货）和相关组件组成，系统无需输入滤波器和无功补偿装置。
系统间各设备连接电缆和附件主要包括：
开关柜-阻尼柜-进线隔离柜-隔离变压器-变频器、变频器和防爆电机之间连接高压电缆，成列布置供货设备间连接电缆，电缆连接件、与外界接口所须各组件等，其中与变频系统相关联的的动力电缆，控制电缆由荣信公司提供。
²移相隔离变压器（详见油浸变压器章节内容）
宜昌压气站，武汉压气站电机功率等级相同，均为11MW，每台电机配置一台14MVA油浸式多脉波变压器，此移相隔离变压器设计为36脉波移相整流变压器，每台二次引出套管共6*3个。
冷却方式油自循环加自然风冷。
室外安装满足场站气候条件。
隔离变压器基础所需的地脚螺栓、埋地套管、电缆连接所需的绝缘子、接线铜板、铜端子、螺栓、电缆套管、护套等所有组件由荣信随设备一起配套提供；隔离变压器设置进、出线接线箱。
变频器柜体总尺寸6800mmx1700mmx2700mm（长x宽x高）变频器（14MVA）柜体组成、外形及系统布置图
变频器各部分尺寸如下：
²电压源型变频器
SuperHVC系列是IEGT大功率变频器，容量14MVA和9MVA，变频输出为6kV
电压等级，线电平9电平，电压源型。
室内安装。
系统组成及布置见下图。
国际大功率变频主流器件4500V高压压接器件IEGT构成IP54高防护等级功率单元，变频系统获得更高的可靠性；
水—水冷却方式，内水为封闭循环去离子水。
荣信HUIC全数字控制系统，光纤通讯，支持有/无码盘矢量控制技术。
荣信HUIC（High-speedUnlimited-extensionIntegratedControlSystem）是全数字的控制器。
HUIC控制器是针对大型传动系统控制可开发，采用高性能浮点DSP为核心，辅以ARM9处理低速数据和通讯，同时优秀的机架扩展能力及具有分布式运算能力的丰富模块，使其具优异性能。
²变频做为子系统纳入机组UCS
变频装置设有远程和就地两级控制，就地控制是由设在本地的控制柜HMI人机界面来实现，而远程则由站控UCS系统来实现。
变频装置控制系统作为一个子系统整体纳入相应压缩机组控制系统UCS中。
变频控制系统与UCS之间信号的传递方式除ESD信号以及重要控制信号（如启动、停车、转速设定等）采用硬线连接外，其余所有信号（包括所有必要的AI、AO、DI、DO）均应采用多模光缆连接方式，通讯规约采用MODBUS-TCP/IP。
1.3变频驱动系统特点
（1）采用IEGT平板压接双面散热器件，IEGT是4500V的高压器件；简化系统结构，提高可靠性和环境适应性。
（2）本变频系统方案是VSI（电压源）方案，网侧功率因数可达0.95以上，无需配置功率因数补偿设备；
（3）每套11MW变频驱动系统配置的移相隔离变压器为1台容量为14MVA油浸式多脉波变压器，室外安装。
每套7.2MW变频驱动系统配置的移相隔离变压器为1台容量为9MVA油浸式多脉波变压器，室外安装更加适应场站环境温度高、大温差、大风沙的场站运行环境。
（4）36脉波整流，网侧谐波指标达到国标要求，无需配置滤波器；
（5）彻底消除了电网谐振发生；本变频驱动系统电网侧不需要配置滤波器，完全没有了引发电网谐振的诱因。
（6）对于宜昌站、武汉站11MW，黄金站9MW电驱系统采用高压IEGT构成系统结构简单（2级功率单元串联）、输出电压等级6kV的电压源型变频器，输出无需dV/dt滤波器，变频输出为质量优良正弦度较好波形：
相电压的电平为5电平，线电压的电平为9电平。
（7）IP54的高防护等级功率单元结构，更加确保IEGT变频工作的高可靠性。
（8）荣信专利技术功率单元冷却水路拔插自动闭锁维修更换功率单元方便快捷。
（9）移相隔离变压器、变频器和电机均是按场站环境条件和电网参数设计，我们重点关注海拔、温度、平均湿度、地震烈度和电网参数情况。
1.4供货界面
供货界面示意图如下：
供货界面图
各站VFDS系统由10kV进线高压开关柜、预充电阻尼柜、油浸式移相变压器、功率单元柜、水冷柜、输出隔离开关柜、电机现场操作盘、电缆（含动力、控制、通讯）和防爆异步电动机组成，其中变频器厂家供货虚线框内为荣信供货范围。
黄金、武汉及宜昌站具体供货界面及说明如下：
1）所有供货范围内设备的就位、安装由业主的现场施工方完成，变频厂家负责指导。
2）变频厂家负责提供供货范围内的一二次电缆，所有电缆的敷设、施工由业主的现场施工方完成，变频厂家负责指导。
3）变频厂家负责供货10kV进线高压开关柜（带综保装置），此高开柜基本监视数据信息纳入业主的变电站微机综合自动化系统。
业主提供和变电站微机综合自动化系统的通信接口及协议要求。
变频厂家负责此高关柜保护整定业主配合完成。
4）变频厂家负责供货的电缆
u10kV进线高压开关柜、阻尼柜、移相变压器、变频器及上述设备之间的一二次电缆。
u变频器到电机的一二次电缆,变频器与电机就地控制盘之间的连接电缆。
u变频器和UCS之间的二次电缆。
u10kV高压开关柜、变频器与电力系统综合保护之间的通讯电缆。
u变频器系统光纤和附件。
u低压配电的低压电源（380V/220V）进线电缆由业主提供（以控制柜输入动力端子为界）。
5）移相变压器
移相变压器进出线电缆的桥架设计由变频器供应商完成，电缆的桥架的采购及安装由业主的现场施工方完成。
6）水冷系统
u卖方提供首次投运变频器水冷系统去离子水及防冻液（如需）。
u以水冷柜外部接口法兰为界，接口法兰至变频器部分由供货方提供（提供配对法兰），接口位置采用柜底或柜侧接驳在设计联络会确认。
7）保护
u变频器及移相隔离变压器保护由变频器完成；
u电动机电量保护由变频器完成，非电量保护直接接入压缩机控制系统。
u电机差动保护技术要求由变频器供应商提出，电机供应商负责采购和安装。
u测速码盘技术要求由变频器供应商提出，电机供应商负责采购和安装。
u电机防雷技术要求由SPE提出，电机供应商负责采购安装。
u高压进线电缆的保护由安装在10kV进线高开柜内的综合保护装置完成。
u变频器输出到电机的高压动力电缆保护由变频器完成。
1.5主要部件供货技术要求
本VFDS系统的主要部件的供货满足如下技术要求：
（1）和10kV电源端连接的设备的工频耐受电压按下表：
设备
额定短时工频耐受电压（有
效值）
额定雷电冲击耐受电压
（峰值）
10kV开关柜
42kV
75kV
隔离变压器
35kV
85kV
（2）移相隔离变压器
①多脉波油浸式移相变压器安装在室外，满足场站环境温度要求；
②供货方随设备提供多脉波移相变压器基础所需的地脚螺栓等；
③供货方随设备提供电缆连接所需的绝缘子、接线铜板、铜端子、螺栓、电缆套管、护套、密封接头等组件；
④油浸式多脉波移相变压器冷却方式油自循环加风冷方式。
（3）变频器（包括控制及辅助配电柜）
①变频器安装在室内，变频器工作温度满足0~40℃电气室环境温度要求；
②变频器各柜体尺寸深度统一，高度统一；其他控制及辅助配电柜深度统一，高度统一；各柜体底部自带支架与业主方地面预埋件焊接固定；
③变频器内结构完整，所有传感器、接头、阀门、冷却水配对法兰、密封垫和紧固件等与外部连接的器件配齐；
④变频器各控制和低压配电柜体设计要满足整体性能要求，满足GB7251《低压成套开关设备和控制设备》等国家规范的要求。
⑤电缆连接所需的绝缘子、接线铜板、铜端子、螺栓、电缆套管、护套等所有组件由供货方随设备一起提供；
（4）电缆
①供货的移相隔离变压器－变频器的电缆类型为耐寒电缆，变频设备与电机之间连接电缆类型为阻燃耐寒电缆，此电缆满足场站各项气候条件（极端值）；
②提供的设备上电缆连接处所需的绝缘子、接线铜板、铜端子、螺栓、高压套管、护套、防爆密封接头等组件随设备一起配套；
③所有电缆满足中国标准对电缆制造的要求。
1.6分包商
1.6.1VFDS系统分包商清单
序号
分项名称
分包商/配套商
备注
1
水冷系统装置
同飞/高澜
通过ISO9001
2
多脉波移相隔离变压器
保变/新华都
通过ISO9001
1.6.2各分包商质量证书可按要求提交。
1.6.3与分包商责任划分
（1）分包商负责其分别产品的设计、制造、检验；
（2）分包商负责贯彻执行其自身工厂的ISO9000管理体系下的产品控制；
（3）VFDS供货商见证其分包商的重要工厂测试，检查分包商的对分包产品的所有或部分测试记录和报告。
（4）若业主派代表或顾问见证其分包商的重要工厂测试，VFDS供货商负责协调和安排业主派员检查计划。
1.7场站条件符合性设计
1.7.1变频系统场站环境符合性设计
（1）高温和大温差适应性设计
按数据单文件里约定的变频器安装在变频装置室内，业主方保证整个站场有电源时变频器房间温度在0～40℃；变频器中所有组件运行时满足此温度范围；
²核心功率器件逆变IEGT和整流二极管均是压接式双面散热器件，散热可靠性好散热效率更高，封闭的去离子水冷，保证任何负载工作结温在安全范围。
²IEGT和整流二极管器件电流裕量优良，对温度适应性好；
²薄膜电容温度特性优良，克服了电解电容大温差环境的特性变坏缺点；
²水冷系统内循环水添加防冻液按照室外极端环境温度设计，能够满足大温差的不利影响；
（2）大风沙环境适应性设计
变频器内核心部分IEGT逆变功率单元和整流二极管单元的防护等级为IP54，通过内水密闭循环进行热交换。
各柜体防护等级IP31，门上加装有滤尘网。
（3）各柜体内部装有电加热器，通过开启加热器可防凝露的形成，可去潮、去湿；
（4）室内运行设备不会遭遇大风的侵袭；
（5）处于室内运行，变频器IEGT功率单元和整流二极管单元的防护等级为IP54通过内水密闭循环进行热交换，各柜体的防护等级为IP31，故固体、沙、尘土、腐蚀、污染物、植物等不会侵入设备内部，变频器设备运行时会产生一定的热量，形成干燥的空气，其内部和外表面都不会产生霉菌；
（6）水—水冷却系统的工业冷却水满足业主提出的GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》标准；按照业主提供5～33℃进水温度设计，能保障设备可靠运行；
（7）各柜体、部件等结构设计充分考虑了地震效应、机械应力和振动带来的危害。
（8）变频装置及所带的辅助装置能承受运输过程中的振动和冲击，同时也充分考虑了在最低储运温度条件下的载重平衡及招标文件数据单中所列的加速度值。
（9）海拔的设计按数据单。
1.7.2变压器对场站环境符合性设计
²配置油浸式多脉波变压器
油浸式多脉波变压器安装在室外采用油自循环加风机冷却，运行温度低；干式多脉波变压器存在低温冷态起动变压器主绝缘被破坏的隐患，而油浸
变压器无此问题困扰；
油浸变压器的引出套管选用耐受大温差的材料，且其结构专门设计，杜绝大温差导致的漏油问题；
1.8防合闸涌流抑制措施（按阻尼柜串电阻分析设计）
大功率变压器合闸浪涌是我们的系统在设计时重点考虑并采取措施的方面。
1.8.1励磁涌流分析
当变压器空载合闸或外部故障排除后电压恢复时，由于铁芯中的磁通不能突，变压器的铁芯将严重饱和。
此时在变压器线圈内将出现很大冲击电流．即励磁涌流。
变压器励磁涌流的大小与变压器铁芯的饱和程度密切相关．铁芯越饱和涌流就越大。
励磁涌流其幅值可以达到变压器额定电流的6-8倍,尽管它对变压器本身没有直接的危害,但容易造成变压器继保装置的误动作。
特别是大容量变压器为提高效率,设计的工作磁通密度很高,这种情况更为严重。
1.8.2励磁涌流抑制技术分类
励磁涌流抑制方法主要是串联电阻法和选相位合闸法，这两种方法在变压器励磁涌流的抑制中已被得到广泛应用。
（1）串联电阻法
变压器合闸时，在变压器的一次输入端与电网间串联适当电阻可以限制冲击电流，待冲击电流衰减到额定电流之内时再将限流电阻切除。
串联电阻法能有效限制冲击电流，有利于合闸冲击电流的快速衰减。
（2）选相位合闸法
从变压器励磁涌流的影响因素可知，变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有很大关系。
通过控制三相合闸的时间，即控制三相开关合闸的初相角来削弱励磁涌流的幅值。
1.9标准
本VFDS系统各设备的设计、制造和试验将采用下表中标准。
序号
标题
标准号
1
IEC-60146
半导体变流器
2
IEC-60191
半导体器件的机械标准化
3
IEC-60747
半导体器件
5
IEC-61136
半导体电力变流器.可调速电气传动装置通用要求
6
IEC-61010
测量、控制和实验室用电气设备的安全要求
7
IEC-60079
爆炸性气体环境用电气设备
8
IEC-61800
可调速电力传动系统
9
IEC-61000
电磁兼容性（EMC）
10
IEC-61175
信号和连接的术语名称
11
IEC-60076
电力变压器
12
IEC613
升级会员 