中压能馈逆变装置用户手册0919V21课案.docx
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中压能馈逆变装置用户手册0919V21课案
中压能馈逆变装置
用户手册
北京地铁车辆装备有限公司
湖南恒信电气有限公司
2014年09月
安全须知
本章介绍HXXS-NB系列中压能馈逆变装置的安全使用概况，以及在使用、维护时需要遵守的安全注意事项。
安装和操作前请您务必仔细阅读本手册，并在操作时严格遵守本手册中的安全及操作要求，以免因操作失误危及人身和设备安全，或造成财产损失。
符号说明：
为了确保用户在使用本产品时的人身及财产安全，并使本产品保持最佳运行状态，手册中提供了相关的使用信息，并以适当的符号给予了强调。
以下列举了本手册中可能使用到的符号，请认真阅读，以便更好地使用本手册。
危险
此标识表示一旦不遵守，将会导致严重的人身伤亡或设备损坏的注意事项或操作。
注意
此标识表示一旦不遵守，将会导致较重的人身伤亡或设备损坏的注意事项或操作。
提示
此标识表示如果不遵守，将会引起设备操作不便的注意事项或操作。
安全说明
危险！
✓本产品只适用于室内安装，安装区域须规划出适当的逃逸路线；
✓只有专业的电工或者具备专业资格的人员才能操作本产品，非专业人士不得擅自操作；
✓操作人员必须认真阅读并理解本手册内容。
如有任何疑问，请务必联系本公司售后服务或相关技术人员，直到完全没有问题为止；
✓在断开220VDC控制电源之前，必须保证设备一次直流及交流电路开关已经可靠分断，且操作必须在断开一次回路开关后15分钟进行；
✓维护时，必须保证至少两名人员在现场进行工作，直到设备已安全断电并放电完毕；
✓必须严格按照本手册电气连接部分的要求，在设备安装时对其进行正确的接地连接。
✓在检查或维修前，须确保直流侧和交流侧不带电。
✓禁止触摸与电网回路相连接的端子或导体；
✓每次运行前请确认本设备未损坏并处于安全状态；
✓每次运行前请确保所有的外接设备及元件完整可用；
✓请遵守本手册及本设备其他相关文件中列出的所有安全注意事项。
注意！
✓输入直流电压切勿超过设备最高输入电压，过高电压可能导致装置损坏；
✓操作前请先佩戴防静电手套，或者先将手触摸接地装置以释放掉身体上的静电电荷，以免引起手与设备之间的静电放电而损坏元件；
✓安装或维修结束后，闭合控制系统供电微断开关；
✓请定期检查中压能馈逆变装置的通风散热情况。
提示！
✓开机前要检查设备及其通电线路，确保没有工具或杂物遗留；
✓建议将用户手册等文档放置于设备附近，以便随时查阅。
中压能馈逆变装置用户手册
1绪论
本章介绍本手册的符号使用、面向读者、以及手册的有效性。
1.1前言
非常感谢您选用本公司的HXXS-NB系列中压能馈逆变装置。
我们由衷的希望本产品能满足您的需求，同时期望您能对产品的性能和功能提出更多的意见。
我们将持续改进，不断提升产品质量。
由于产品升级较快，本手册可能会有部分内容与实际产品略有出入，请认真留意产品发货时所附的项目相关说明和文件。
如果产品发货所附文件与本手册内容有冲突，请以发货文件为准。
如有必要，请咨询我公司售后服务人员。
1.2面向读者
本手册适用于对中压能馈逆变装置进行操作、维护及执行其他工作的人员。
操作者需要具备一定的电气知识，熟悉电气原理图和电子元器件特性。
1.3有效性
本手册适用于HXXS-NB系列中压能馈逆变装置。
2产品描述
1.
2.
2.1中压能馈逆变系统介绍
中压能馈逆变装置是将轨道交通车辆进站制动时产生的直流电能逆变成与交流电网同幅值、同相位交流电能的电力电子装置，其原理图如图2-1所示。
装置包含直流控制柜一面、逆变柜若干面、升压变压器柜一面。
逆变柜配置数量根据系统需求吸收功率进行设置，一般为1～4面，每面逆变柜包含4个NPC模块和一个并网断路器。
对于1500VDC系统每面逆变柜额定输出功率为1500kW，对于750VDC系统每面逆变柜额定输出功率为750kW。
产品技术特点：
⏹系统模块化设计，扩容方便；
⏹三电平拓扑结构，谐波含量小；
⏹交流滤波方案简单、成本低；
⏹故障时只有故障模块退出运行，系统功率损失小；
⏹维护维修简便，系统恢复时间短；
⏹运营成本低（元器件价格低，故障损失小）；
⏹模块根据需要数量并联，变压器简单且无特殊要求；
2.2主电路结构
图2-1：
主电路原理图
系统主电路原理图如图2-1所示，各柜体功能如下：
直流控制柜：
直流电源隔离、预充电、NPC模块协调控制及人机界面显示；
逆变柜：
将直流电能逆变成与电网电压同幅值、同相位的交流电能；
变压器柜：
将逆变柜低压交流电能进行升压；
2.2.1NPC模块原理图
图2-2NPC模块原理图
列车进站产生的直流电通过熔断器进入NPC模块的直流支撑电容，三电平三相全桥将直流电逆变成与电网同幅值、同相位的交流电。
C1、C2为直流支撑电容、C3～C8为IGBT吸收电容、IGBT1～IGBT12与D1～D4构成三电平三相全桥、输出电感以及电压、电流检测。
2.2.2NPC模块功能介绍
⏹将直流电逆变成与电网同幅值、同相位的交流电；
⏹检测交直流测电压、电流，并提供完善的保护；
⏹将检测的各种信号量和NPC内部状态信号上送；
2.2.3NPC模块参数
对轨道交通750V和1500V系统，中压能馈逆变装置分别配置型号为MS-750/230.A和型号为MS-1500/230.A的模块，模块主要参数如下表：
型号
MS-750/230.A
MS-1500/230.A
额定输入电压
750VDC
1500VDC
有效电压范围
750V～1000VDC
1500V～2000VDC
额定功率
187.5KW
375KW
额定输出电压
500VAC
1000VAC
额定输出电流
230A
230A
功率因数
0.95
0.95
效率
>96%
>97%
THD
≤3%
≤3%
冷却方式
风冷
风冷
2.3装置外观说明
HXXS-NB系列中压能馈逆变装置主机外观结构如下图所示：
图2-3HXXS-NB系列中压能馈逆变装置主机外观图
表2-1面板指示灯说明
指示灯
颜色
含义
控制电源
红色
控制电源正常，指示灯亮
系统正常
绿色
系统正常，指示灯亮
开门指示
声光（红色）
系统高压上电后，开任意一扇门，指示灯亮
系统故障
声光（红色）
系统故障时，指示灯亮
QS
模拟显示指示灯
模拟显示正极隔离开关分合状态
QSF
模拟显示指示灯
模拟显示负极隔离开关分合状态
KM1
模拟显示指示灯
模拟显示主接触器分合状态
表2-2面板控制按钮说明
控制按钮
含义
当地/远方
当地
本地控制系统启动停止
远方
远方PSCADA控制系统启动停止
测试/工作
测试
系统处于测试状态
工作
系统处于工作状态
撤除/投入
撤除
门联锁撤除
投入
门联锁投入
紧急停机
按键按下，系统立即停机
2.4技术参数
产品型号
HXXS-NB-1500/6000
HXXS-NB-1500/3000
HXXS-NB-750/3000
HXXS-NB-750/1500
输入侧参数
额定电压
1500VDC
1500VDC
750VDC
750VDC
工作电压范围
1500～2000VDC
1500～2000VDC
750～1000VDC
750～1000VDC
最大输入电流
3500A
1750A
3500A
1750A
输出侧参数
额定输出功率
6000kW
3000kW
3000kW
1500kW
额定输出电压
1000VAC
1000VAC
500VAC
500VAC
额定输出电流
3600A
1800A
3600A
1800A
输出频率
50Hz
50Hz
50Hz
50Hz
系统参数
外形尺寸
4500×1300×2400
2700×1300×2400
4500×1300×2400
2700×1300×2400
重量
5500kg
3200kg
5000kg
3000kg
最大发热量
108kW
60kW
102kW
55kW
等效发热量
20S/120S
18kW
10kW
17kW
9.1kW
输出电流谐波
<3%（额定功率）
系统效率
>96%
功率因数
>0.95
防护等级
IP20
允许环境温度
-10℃～40℃
允许相对湿度
0～95%（有凝露发生）
冷却方式
风冷
通讯方式
RS485/以太网
保护类型
直流过/欠压、直流过流、交流过/欠压、过/欠频、交流过流、过温、短路、通讯故障、门联锁误动等保护
系统工作方式
间歇性工作，每120S工作20S
输出加载速度
0～100%/S
2.5控制与通讯
2.5.1控制框图
中压能馈逆变装置控制框图如图2-4所示，系统采用主控+分控方式，主控由DSP主控制器+PLC组成，多个NPC模块采用分控方式。
主控主要完成工作包括：
系统预充电、各开关器件分合闸控制、HMI、与PSCADA通讯以及多个NPC模块的协调控制；分控主要完成：
同期并网、双闭环控制、SVPWM发波、并网功率控制等。
各主要功能部分通讯方式如下：
⏹主控制器与多个NPC模块之间通讯方式为CAN；
⏹主控制器与HMI之间通讯方式为232；
⏹主控制器与PLC之间通讯方式为485；
⏹PLC与PSCADA之间通讯方式为485；
⏹隔离变压器温度巡检仪直接与PSCADA通讯，方式为485；
图2-4中压能馈逆变装置控制框图
2.5.2通讯规约
HXXS-NB系列中压能馈逆变装置提供RS485远程通讯接口，使用ModbusRTU兼容通讯协议。
⏹通讯参数
物理接口：
RS485
串口设置：
波特率9600bps，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验。
数据格式：
传输多字节数据时，低位在先（校验字节除外）。
⏹通讯方式
远程监控上位机与中压能馈逆变装置使用查询应答的方式进行数据通讯。
⏹通讯协议介绍
通讯协议为Modbus，主要用到了读数据（0x03）、写数据（0x10）两种通讯帧类型，更详细用法可参见本公司的通讯协议说明文件。
⏹远程操作
通过上位机远程监控系统，用户可以对中压能馈逆变装置进行如下操作：
Ø远程启动、停止运行，复位故障状态；
Ø查询故障时的故障信息，包括：
故障类型，故障发生时间等；
Ø设置逆变装置时钟，以实现与监控系统时间同步，包括：
年、月、日、时、分、秒、毫秒；
Ø查询逆变装置各开关位置信息；
2.6系统保护
中压能馈逆变装置保护包括主控系统保护和NPC模块保护两大类。
主控系统保护定值及延时时间比NPC模块保护定值及延时时间稍大一些，当主控系统保护动作时，通常会有相应的开关动作；NPC模块保护时，通常只封锁本模块输出，并且故障消失后模块可以重新投入运行。
2.6.1NPC模块保护
序号
保护名称
保护动作值
保护延时（s）
动作策略
是否可恢复
1
Vac过压1
（额定相电压）*1.1
1
封锁PWM
是
2
Vac过压2
（额定相电压）*1.2
0
封锁PWM
是
3
Vac欠压1
（额定相电压）*0.85
1
封锁PWM
是
4
Vac欠压2
（额定相电压）*0.5
0
封锁PWM
是
5
Vdc过压1
1000
1
封锁PWM
是
6
Vdc过压2
1100
0
封锁PWM
是
7
Vdc欠压
额定线电压*1.35-50
0.5
封锁PWM
是
8
Vac过频
50.8
0.1
封锁PWM
是
9
Vac欠频
49.2
0.1
封锁PWM
是
10
Iac过流1
（额定输出电流）*1.1
10
封锁PWM
是
11
Iac过流2
（额定输出电流）*1.2
0
封锁PWM
是
12
Idc过流
（额定直流电流）*1.4
0.01
封锁PWM
是
13
Idc过流（瞬）
（额定直流电流）*1.5
0
封锁PWM
是
14
IGBT过温
80
1
封锁PWM
是
15
短路保护
封锁PWM
是
16
Vac过压（硬）
1176V
封锁PWM
是
17
Vdc过压（硬）
1140V
封锁PWM
是
18
Iac过流（硬）
483A
封锁PWM
是
19
Idc过流（硬）
483A
封锁PWM
是
2.6.2主控系统保护
序号
保护名称
保护动作值
保护延时（s）
动作策略
是否可恢复
1
Vac过压1
（额定相电压）*1.15
1
跳82、QF
否
2
Vac过压2
（额定相电压）*1.25
0
跳82、QF
否
3
Vac欠压1
（额定相电压）*0.8
1
跳82、QF
否
4
Vac欠压2
（额定相电压）*0.5
0
跳82、QF
否
5
Vdc过压1
1000
1
跳80、82、QF、KM
否
6
Vdc过压2
1100
0
跳80、82、QF、KM
否
7
Vdc欠压
额定线电压*1.35-50
0.5
跳80、82、QF、KM
否
8
Vac过频
51
0.5
跳82、QF
否
9
Vac欠频
49
0.5
跳82、QF
否
10
直流逆流
-100
0
跳QF
否
11
HMI通讯故障
30
12
Idc过流
（额定直流电流）*1.2
0.01
跳80、82、QF、KM
否
13
Idc过流（瞬）
（额定直流电流）*1.3
0
跳80、82、QF、KM
否
14
环境过温
60
1
封锁PWM
是
16
PLC通讯故障
30
17
NPC通讯故障
30
18
保留
19
Vac过压（硬）
跳82、QF
否
20
Vdc过压（硬）
跳80、82、QF、KM
否
21
保留
22
Idc过流（硬）
跳80、82、QF、KM
否
23
保留
2.7动作逻辑
中压能馈逆变装置各开关动作逻辑如下所示：
3安装
3.
3.1机械安装
3.1.1安装前检查
HXXS-NB系列中压能馈逆变装置在出厂时已经过仔细测试和检测，但是在运输过程中可能会出现损坏情况，所以请您在安装前仔细检查。
若检测到有任何损坏情况请与运输公司联系或直接与我公司联系。
请您提供损坏处的照片，我们将为您提供最好最快的服务。
3.1.2安装环境要求
警告！
HXXS-NB系列中压能馈逆变装置须避免阳光长时间直接照射、禁止雨淋
HXXS-NB系列中压能馈逆变装置禁止安装在含盐超过相关标准的环境中
为了确保机器能够正常工作，安装的环境要求如下：
⏹室内安装，避免阳光照射和雨淋；
⏹环境温度：
–10℃～40℃；
⏹湿度：
0～95%
⏹机器周围通风较好；
⏹安装环境清洁；
⏹安装地面确保不会晃动，支撑面应满足逆变装置的承重要求；
⏹设备在运行过程中会产生一些噪声，尽量安装在远离居民生活的地方；
⏹中压能馈装置建议安装在配电室内，配电室的地面、空间、线缆沟、风道、通风设备及各项防护措施都需要经过严格的设计，并满足以下各项要求：
【地基要求】
本中压能馈装置需要安装在表面为阻燃材料的平整地面或槽钢支撑结构上，地面禁止出现凹陷或倾斜的情况。
必须保证地基坚实、安全可靠。
地基必须具备承受逆变装置重量的承重能力。
在选择安装位置时始终要考虑其承重。
【空间要求】
在安装中压能馈逆变装置时，与墙壁或其他设备之间必须保留适当的距离，以便满足最窄维护通道、逃逸路线和通风的要求。
中压能馈逆变装置安装位置的前方应当保证大于1.5m的空间，背部应当保证大于1m的空间，顶部应当保证大于0.8m的空间以方便安装，散热与维护。
【通风要求】
逆变装置运行时会产生大量的热量，当设备的温度过高时会影响设备的电气性能，甚至会损坏设备，所以在设计操控室时需要充分考虑这些热量的释放，以确保设备正常高效的运行。
建议单台变流柜安装空间的通风量大于11000m³/h。
⏹为保证压力均衡，可在出风管道出口处另加向外排风的风扇；
⏹出风口的朝向应根据当地风向的实际情况选择朝向；
⏹注意进风口、出风口的防尘措施及防淋雨设计；
⏹若需要加通风管道，则通风管道的尺寸应根据出风量的大小且应由专业人士设计。
3.1.3逆变装置搬运方法
A、带包装逆变装置搬运方法
中压能馈装置模块与机柜采用单独运输方式，用户可以通过叉车从底部抬起，或是通过起重机、吊车移动。
警告！
在移动过程中不可使逆变装置倾斜、激烈晃动或突然受力，如突然放下或突然抬起。
仔细阅读所标的参数以选择合适的运输工具及存放地点。
建议用户使用叉车移动逆变装置。
为了使设备处于较好的防护状态，运输过程中应采用带包装的运输，并遵循包装上印刷的各种标识的示意进行运输。
未拆卸包装的逆变装置可以使用叉车、起重机货叉或者吊车进行移动。
移动时，需要注意包装上所标的重量，确保叉车、起重机货叉或者吊车具备足够的承载能力。
中压能馈装置的重心在前后、左右对称，偏下部的位置，运输时应合理排布支撑或起吊点。
起吊运输时，推荐使用两头扣柔性吊带，并使吊带均衡受力，见图4-3-1-2。
图3-1起吊运输（带包装）
图3-2叉车运输
B、不带包装逆变装置搬运方法
建议逆变装置在安装地点附件拆除包装，如果拆卸包装的地点离最终安装位置较远，可以通过机柜底部的吊装组件起吊运输。
如图4-3-2-2所示。
图3-3起吊运输（不带包装）
逆变装置包装拆卸步骤如下：
步骤1:
拆卸包装箱的木质顶板与侧板。
步骤2:
拆除机器上的外设包装材料。
步骤3:
拆除机器与栈板间的紧固螺丝。
①拆下底座前后盖板；
②旋下木栈板底部的固定螺母；
③取出螺丝即可将逆变装置与运输木栈板分离。
3.1.4现场拼柜要求
逆变装置须安装在现场预埋的槽钢底座上，如果要求绝缘安装，逆变装置与隔离变压器、槽钢底座之间增加绝缘安装板。
槽钢底座和绝缘安装板应根据逆变装置开孔尺寸预先开孔或预埋地脚螺栓。
开孔尺寸如图4-3-2-1所示，规格13X25的腰行孔。
逆变柜4
逆变柜4
图3-4左排列方式图
图3-5右排列方式图
拼柜安装步骤：
1、安装隔离变压器；
2、安装隔离变压器与直流控制柜之间的绝缘安装板；
逆变装置底部绝缘板
图3-6绝缘板安装示意图
3、安装逆变装置底部绝缘安装板；
图3-7底部绝缘板安装示意图
4、直流控制柜就位并与槽钢底座固定；
绝缘螺栓
图3-8柜体与槽钢固定示意图
5、逆变柜1就位，先安装与直流控制柜并柜件，然后与槽钢底座固定；
6、逆变柜2就位，先安装与逆变柜1并柜件，然后与槽钢底座固定；
7、逆变柜3就位，先安装与逆变柜2并柜件，然后与槽钢底座固定；
8、逆变柜4就位，先安装与逆变柜3并柜件，然后与槽钢底座固定；
中压能馈装置直流控制柜和逆变柜移动到固定位置后，紧贴在一起，使用并柜件将机柜机械连接,如图3-9。
图3-9机柜并柜安装示意图
使用配件螺栓通过底座上的腰孔将机柜固定在槽钢或者地面上。
推荐使用M8地脚螺丝固定。
3.2电气安装
只有专业的电工或者具备专业资格的人员才能对本产品进行电气安装。
电气安装主要包括：
⏹直流输入电缆；
⏹隔离变压器10kV输出电缆；
⏹逆变柜三相输出到隔离变压器电缆；
⏹外供控制电源及控制信号线；
3.2.1安全说明
警告！
✓电气连接时，请确保交、直流侧均不带电
✓所有的电气安装必须符合当地的电气安装标准
⏹确保输入侧高压开关已经采用了有效的防雷措施。
⏹现场到设备的信号线，应该与强电电线分开布线，信号线必须采用绞线的方式，最好采用屏蔽线，屏蔽线的一端可靠接地。
⏹确保正、负母线接线正确。
⏹设备进行电气安装时，应为控制系统埋设专用接地极，要求接地电阻不大于0.1Ω。
⏹直流控制电源有正负区分，确保不要接反。
3.2.2输入输出要求
⏹输入和输出电缆必须分开配线，防止绝缘损坏造成危险；
⏹输入输出电压须满足要求，否者系统不能正常工作；
直流输入电压：
750VDC系统
1500VDC系统
输入电压范围
750～1000
1500～2000
交流电网电压：
750VDC系统
1500VDC系统
交流电网电压范围
500VAC±10%
1000VAC±10%
3.2.3线缆要求
⏹控制回路端子的接线应使用屏蔽线或双绞线,而且必须与主回路及强电回路分开布线；
⏹控制回路的接线建议选用1.0mm2的电缆；
⏹通讯线采用屏蔽线；
⏹一次电缆的线径及耐压须满足要求；
3.2.4接线步骤
A、开启前后门
B关门操作时注意
关门时，先把左右门下方的门制动器轻轻抬起，方可关门。
关门时不能用蛮力，以免把门弄坏。
如图4-4-2-2所示。
图3-11关门操作示意图
C、直流输入电缆接线
80开关正负极输出电缆接到直流控制柜中的正负母排上，每个母排上预留了4个电缆接线孔。
正极
图3-12正负直流输入
步骤1：
确认80开关处于断开状态；
步骤2：
正极电缆连接到“DC+”母排；负极电缆连接到“DC-”母排；
步骤3：
确认所有接线牢固；
D、变压器10kV输出电缆接线
10kV并网断路器U、V、W三相输出连接到隔离变压器的高压侧母排上。
步骤1：
确认82开关处于断开状态；
步骤2：
82开关的U、V、W三相输出分别接到隔离变压的高压侧U、V、W母排；
步骤3：
确认所有接线牢固；
E、逆变柜三相输出到隔离变压器低压侧接线
每个逆变柜三相输出同时接到隔离变压器的低压侧。
图3-13逆变柜三相输出端子
步骤1：
确认80、82开关处于断开状态；
步骤2：
82开关的U、V、W三相输出分别接到隔离变压的高压侧U、V、W母排；
步骤3：
确认所有接线牢固；
F、控制电源及控制信号新接线
控制电源及所有控制信号线连接到最下面的端子排上，具体接线位置参见接线图。
图3-14信号接线端子排
4操作
4.
4.1起机、停机操作流程及注意事项
关于设备85（负极）、86（正极）、80、822合闸方法如下，关于工控机界面介绍在4.3有详细介绍：
✧85当地合/分闸，在工控机界面，系统状态操作界面，单击
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