海洋平台由于其环境的特殊性，对设备的要求特别苛刻，在高压变频器的选择上一直以国外品牌的变频器为主。上海能传电气有限公司推出的NC HVVF系列高压变频器经历多年实际应用经验积累，采用高性能无速度传感器矢量控制算法，控制精度高，运行可靠。该高压变频器可以驱动异步电机和同步电机，单台变频器功率可达30MW，处于国内领先水平,完全满足海洋平台的应用要求。

本文主要介绍上海能传电气有限公司的NC HVVF系列高压变频器在埕北油气田注水泵改造项目的应用情况。变频器采用二拖五方案（两段母线进线），能够实现电机的变频软起、软停及无扰动工/变频切换、无功补偿等功能。

图1 埕北油气田照片

 

2 NC HVVF系列高压变频器简介

NC HVVF系列高压变频器是上海能传电气有限公司推出的高性能高可靠性传动产品，采用电压源型单元级联的拓扑结构，具有超强的抗电网波动能力，还具有输入输出谐波低、低电压穿越、电机参数自测定和在线辨识、高性能矢量控制算法、变频软起、软停及无扰动工/变频切换等功能，另外VSV专利技术，功率单元自动旁路功能可选。
                       

NC HVVF系列高压变频器采用高-高结构，输出无需任何升压装置，完全满足稳定性、可靠性要求高的应用场合。具有如下特点：

1) 单元串联多电平结构，多脉冲整流，多电平输出，输入输出谐波符合并优于IEEE519-1992及GB/T14549-93标准对电压失真和电流失真最严格的要求；

2) 无速度传感器矢量控制，带电机参数自测定功能；

3) 主控平台系统硬件采用基于DSP+FPGA+ARM的三核控制系统平台，高性能，高可靠性，超强运算能力；

4) 内置PLC，可扩展输入输出，内含工艺量PID闭环控制功能；

5) 故障自动复位功能，转速跟踪再启动功能；

6) 控制系统和功率单元开机自检及运行过程实时检测；

7) 标配支持Ethernet、Modbus、CAN、Profibus等多种总线协议，可实现与大部分自动化网络通讯的连接；

8) 共振频率回避功能，三组临界速度可设；

9) 功率单元采用光纤信号传输，抗干扰能力强；

10) 整套系统在出厂前进行72小时满载测试；

11) 变频器对输出电缆长度无任何要求，电机不会受到共模电压和du/dt的影响；

12) 可驱动异步电机和同步电机；

13) 具有安全完整性（SIL）认证和CE认证。

图2 NC HVVF高压变频器外观图示

3 NC HVVF系列高压变频器在埕北油气田注水泵改造的应用

埕北油田5台注水泵最初采用工频直接启动驱动运行的方案，由于平台的电网容量较小，在注水泵启动的瞬间会造成电网电压波动，影响其他设备正常运行，因此对5台注水泵进行升级改造为变频启动，为了保证在电机启动过程中无扰动切换工频运行，在变频器输出端配备输出电抗器柜，保证在切换瞬间对电网、电机无冲击。

上海能传电气有限公司为本项目提供了完整的高压变频升级改造解决方案。整个变频软起系统分为1#、2#变频软起系统，每套变频软起系统配备1台PLC柜，变频器既互为备用又都可以启动5台电机中的任何1台，从而保证了2套变频软起系统的独立性与完整性。一次系统方案图如下：

图3变频系统单线图

PLC柜实现对整个启动系统的管理和逻辑控制，以1#变频系统启动M1主电机为例，其控制过程如下：在启动前，合上与1#变频系统相连的手动刀闸QS1，PLC在收到用户允许启动及变频软起系统就绪的信号后，合1#变频器进线柜VCB111，合出线柜MBM1，变频器进行自检，自检完成发出就绪信号，变频器经PLC接上级指令后开始驱动电机运行，将电机拖动至50Hz时自动检测电网侧和电机侧电压的幅值、频率、相位，当检测到满足同期条件后，变频器发出合闸指令合旁路柜VCU101，PLC检测到VCU101合闸后将信号发给1#变频软起系统，同时发指令封锁变频器脉冲输出并跳开MBM1，1#电机完成整个启动过程。其他电机的启动顺序同1#电机。

新方案可实现的主要功能：

1. 解决了注水泵工频启动瞬间的电网波动问题，确保平台的整个系统安全可靠的运行。

2. 2套变频软起装置一用一备，确保其中一台变频故障、检修期间，系统的正常运行。

3. 每套变频不仅具有软起、软停，工/变频切换功能，同时也具备分时无功补偿的功能，具体的运行工况可根据现场的实际情况调整。

图4 变频主要功能图

图5 NC HVVF高压变频器现场照片

4 结束语

NC HVVF系列高压变频器采用电压源型单元级联拓扑结构，直接高压输入，直接高压输出，高压变频器和电机之间无需任何升压装置，采用同期切换控制技术，具有变频软起、软停，无扰动工/变频切换等功能。

注水泵是海洋平台的关键设备，其运行的稳定性直接关系到整个平台的作业，埕北油田5台注水泵通过2台变频软起装置（一用一备）实现启动，避免了启动时造成电网电压的波动和对电机的冲击，不仅保证电网的质量、延长电机的使用寿命，同时可以保证注水泵的可靠启动，进而保证了石油开采的顺利进行。