（山东电力建设第三工程公司）
摘要：随着中国“走出去”的战略背景下，中国企业在海外承建了大批的海外电站项目。中国的电网频率为50Hz,而中东国家的电网频率是60Hz，为确保出口到中东国家的项目的设备质量，维护公司在国际市场的形象和信誉，公司研发了移动式调频电源试验装置，以实现对额定频率为60Hz的高压电机的出厂前的质量控制。移动式调频电源试验装置成功地解决了国内60Hz移动试验平台的搭建，为中国电建企业和其他EPC电站承包商开发国际60Hz电站市场提供了试验能力支撑，促进了国内60Hz机电产品向国际市场输出的进程。
关键词：模块化；调频装置；性能试验； 质量控制。
一、国产50Hz电机在60Hz电力系统中运行存在的问题：
电机功率、转矩、转速计算公式如下：
电机功率：P=1.732×U×I×cosφ（P=电机功率；U=电机电压，I=电机运行电流；cosφ功率因数）；
电机转矩：T=9549×P/n （ n=电机转速）；
电机转速：n=60f/p（p=电机极对数，f=电源频率）；
电机转矩在50Hz以下时，电机功率与频率成正比变化；当频率f达到50Hz时，电机达到最大输出功率；如果频率f在50Hz以后再继续增加，电机转矩则明显减小。同理，电源电压不变时，其频率的变化直接反应的结果就是转速的同比变化，频率增加，转速也增加，反之，频率减少，转速也减少。按照上述公式计算可知，三相异步电机在60Hz的系统上运行要比在50Hz的系统上运行转速快1.2倍，相应的电机的转矩也下降1.2倍。
对于频率60Hz和50Hz产品互用问题,国际上有以下三种做法:a）美国是单一60Hz电网的国家,不达到美国标准的电工产品(包括50Hz产品)不允许进入美国电网。b）日本和韩国电网50Hz和60Hz并存,对一些重要性能试验,规定的允许频率偏差放宽到±20%,也就是说50Hz和60Hz产品基本通用。c）IEC标准包括50Hz和60Hz,其要求介于美国和日本之间,标准规定试验项目的允许频率偏差比日本严格,有些试验也允许做50Hz和60Hz替代试验,但对试验结论有一定保留。
随着国内高压电机技术的发展与成熟,大量的国产电机设备出口到电网频率是60Hz的国家，通过对中东市场的调研，国内出口到中东国家的电机，厂家为了追求利益最大化，基本上没有改变原有的生产工艺，而是直接将原有的50Hz的电机直接出口到中东市场，这些按照50Hz生产的电机，在60Hz的电力系统中长期运行，电机的寿命受到严重影响，拒统计，出口到中东国家的电机功率220V单相电机及400V三相低压电机，电机故障率约为10%，使用寿命大都缩短至预期寿命的60%，高压电机故障率约为30%，使用寿命缩短为预期寿命的70%。随着公司海外市场的逐部扩大，出口电机的比例逐步增加，出口电机额定频率一般都为60Hz，而国内一般采用50Hz电源，如何对60Hz的电机进行试验，在国内就把好电机质量关，这就是摆在面前的课题。
鉴于存在的诸多问题，目前中东项目EPC合同中一般都明确要求进行泵、风机设备的60Hz全速性能试验，此试验对于低电压设备难度不大，采用小型变频器即可实现，但对于大容量高压设备采用50Hz电源来代替60Hz电源进行试验，试验过程复杂繁琐，计算工作量大，效率低、误差大。且国内供应商普遍不具备60Hz的试验条件。针对此问题，为确保设备出厂试验顺利进行，保证设备质量，公司决定设计研发移动式调频电源试验装置。
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二、移动式调频电源试验装置的特点及应用
目前国内高压变频器大部分为位置固定方式的设计，变频器的选用均是根据被测试的设备容量及相关参数选择相应容量的变频器，固定式变压器无法移动和调节，只能在固定位置对被测试的设备进行相关试验，并且设备容量均需按照设计要求的容量进行，无法进行相应的增容或者修改；
移动式调频电源试验装置设计为集装箱模块化式，变频器模块，高压开关柜模块以及试验控制保护模块均集成在集装箱内，模块化设计，集装箱结构，不仅装配快捷、运输方便，而且能输出3.3KV-13.8KV多级多频率电压，可满足多种电压级别的高压电机性能试验用。
移动式调频电源试验装置为集装箱型式（预留检修、照明、操作空间），考虑大件货物公路运输的尺寸限制和要求，集装箱尺寸设计为13m长×3m宽×3m高，系统设备分别安装在3个集装箱中，1#集装箱内装有6500kW变频器、高压进线开关柜和PLC控制测量系统；2#集装箱内装有2500kW变频器、高压进线开关柜和PLC控制测量系统；3#集装箱内装有升压变压器和高压切换开关柜。
1#和2#集装箱可以直接输出6.6kV/60Hz电源，供6.6kV电压等级测试电机使用，根据电机的功率选择相应的集装箱驱动。当需要3.3kV/11kV/13.8kV/60Hz电源时，只需将3#集装箱与对应的#1或者#2集装箱相连接，即可输出不同电压等级的电源。
高压变频器选输入侧电压等级为6kv/50Hz（±10%），该变频器为36脉冲整流、13电平逆变，输入和输出谐波少，对电网谐波污染小，输入功率因数高，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题，不必输出滤波器，可以使用普通的异步电机。
5移动式调频电源试验装置技术指标、优点及社会效益
移动式调频电源试验装置经试验验证，具有以下优点及指标：
5.1系统由无谐波系列高压变频器、升压变压器、高压进线开关柜、高压切换开关柜和控制系统组成，系统可将6kV/50Hz的用户电源，通过变频器直接输出3.3kV/6.6kV/11kV/13.8kV/60Hz电源，通过高压切换柜切换，供不同电压等级电机使用。
5.2系统设计成可移动式集装箱，方便运输，可满足不同地区测试要求。
5.3性能优异，输入和输出谐波极少(36脉冲整流、13电平逆变)。
5.4内部变压器为干式，绝缘等级为H级，可靠性高，维护简单。
5.5适应电网波动要求，电网电压可下降至55%，变频器仍能降额工作而不跳机。
5.6控制系统具有在线检测变频器输入电压、电流、输入有功功率、无功功率、输入功率因数、累计用电量、输出电压、电流、功率、频率、电机转速等。
5.7输出频率0-120Hz(根据电机情况可设定)，调速范围：0-100%连续可调。
5.8此装置的投用，加强了对高压电机的质量控制，验证了中国60Hz机电设备的制造质量，满足了沙特项目EPC合同的要求，促进了项目的顺利执行。增强了公司在国外（尤其是欧美、中东区域）竞争力，展现了公司的实力。
5.9具备快速移动性，可以通过集装箱进行运输，已为水泵厂、电机厂、风机 厂提供租赁，既解决了EPC项目设备试验要求，也大大增加了设备的利用率和收益。
5.10通过中东某燃油电站项目的实际投用和业绩，促进了国内60Hz机电产品向国际市场输出的能力，提高了中国制造在国际制造的地位。
6 结束语
实践证明，移动式调频电源试验装置性能符合设计目标，移动方便，具有很好的使用价值，移动式调频电源试验装置投用后，在中东某电站项目顺利完成了项目闭式水泵、循环水泵、给水泵前置泵、凝结水泵等设备的60Hz性能试验，确保了出口到中东市场上的国产设备的质量，得到了项目业主的高度认可。
移动式调频电源试验装置成功地解决了国内60Hz移动试验平台的搭建，验证了国内60Hz机电设备的制造质量，取得了预期的效果，为中国电建企业和其他EPC电站承包商开发国际60Hz电站市场提供了试验能力支撑，促进了国内60Hz机电产品向国际市场输出的进程。
参考文献
［1］王占奎等从茂名石化和大庆新华电厂看高压大容量变频调速装置的应用，电气传动，1999（6）
［2］严汉彦，火电厂辅机的高压变频调速.全国变频调速技术交流会议，1999.4
论文作者:黄新民
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
标签：电机论文; 电源论文; 高压论文; 中东论文; 频率论文; 变频器论文; 装置论文; 《电力设备》2016年第15期论文;