引言

隨著高壓變頻器的技術(shù)日漸成熟和廣泛應(yīng)用，高壓變頻器的應(yīng)用廣度和深度都得到不斷地強(qiáng)化，變頻器在高溫、高濕、高粉塵、強(qiáng)腐蝕、高電磁噪聲、振動(dòng)等高危險(xiǎn)環(huán)境條件的節(jié)能應(yīng)用需求日益增多。同時(shí)，面對(duì)能源形勢(shì)和節(jié)能降耗的迫切需求，諸多項(xiàng)目的施工周期、工程安全質(zhì)量、應(yīng)用空間限制等客觀因素，在不同程度上也制約了高壓變頻節(jié)能項(xiàng)目的順利實(shí)施和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)高壓變頻器應(yīng)用中產(chǎn)生和帶來的一系列問題，能夠提出一攬子完整的集成化解決方案，并且在變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中進(jìn)行整體考慮、全面解決，更好的為高壓變頻節(jié)能項(xiàng)目提供技術(shù)保障，是當(dāng)前需要研究的重要課題之一。

應(yīng)用現(xiàn)狀分析

解決高壓變頻器的應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境問題，對(duì)提高變頻器的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定可靠性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)1600kw及以下高壓變頻器的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主要具有以下特點(diǎn)：

（1）國內(nèi)在運(yùn)行的高壓電動(dòng)機(jī)總量中，1600kw以下的高壓電動(dòng)機(jī)數(shù)量約占目前全功率電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品總量的69％，運(yùn)用數(shù)量大范圍廣。根據(jù)當(dāng)前國家建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展的要求，絕大部分需要通過增加高壓變頻器進(jìn)行節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。其中，需要為設(shè)備運(yùn)行新增房屋建設(shè)的占到改造總量的77％以上，只有少數(shù)項(xiàng)目可借用已有建筑結(jié)構(gòu)，而且往往受到空間位置等條件的限制無法實(shí)施或需要增加項(xiàng)目投入成本。

（2）隨著高壓變頻器在水泥、鋼鐵、冶金、礦山、石化、電力等行業(yè)的推廣應(yīng)用，高溫、高粉塵、高濕、高腐蝕、晝夜溫差大等惡劣環(huán)境條件，對(duì)變頻器安全無故障運(yùn)行的影響程度越發(fā)突出，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)、影響生產(chǎn)、造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的情況日益嚴(yán)重。并且，解決好高壓變頻器運(yùn)行環(huán)境問題，在野外作業(yè)和特殊工況條件中，運(yùn)行環(huán)境成為必須解決的重要問題之一。據(jù)一份美國軍方公布的電氣環(huán)境對(duì)電子設(shè)備安全的評(píng)估報(bào)告中顯示：在設(shè)備故障原因的調(diào)查分析中，80%是由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境因素所致，其中溫度原因占55%、濕度25%、粉塵影響12%、振動(dòng)和電磁噪聲13%；由于電路設(shè)計(jì)和元器件質(zhì)量問題引發(fā)設(shè)備故障的只有20%。由此可見，環(huán)境對(duì)電氣設(shè)備安全的影響程度可窺一斑。圖1~圖3所示為環(huán)境對(duì)變頻器的主要元器件影響。

（3）由于高壓變頻器運(yùn)行過程中，要產(chǎn)生3～4％的熱量損耗。需要提供變頻器運(yùn)行溫度控制的解決方案，保證變頻器能夠在允許的環(huán)境條件下運(yùn)行。而長期的溫差變化、濕度與粉塵的影響，直接導(dǎo)致電路板電阻、電容等電子器件特性變差，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致故障。而電力電子功率器件對(duì)溫度的敏感性更高，由于溫度原因直接引起器件不能正常工作。海拔高度、溫度變化等因素，直接需要降額使用，究其本質(zhì)也是溫度問題。因此，需要對(duì)變頻器的運(yùn)行環(huán)境散熱問題特別考慮并加以解決。

（4）由于礦山、化工、石油開采、海上平臺(tái)等特殊生產(chǎn)環(huán)境的條件限制，高壓變頻器的應(yīng)用需要解決防爆、防腐、防潮、防鹽霧、防高溫暴曬、超低溫運(yùn)行、整體撬裝運(yùn)輸?shù)纫幌盗刑厥夤r條件。尤其是在石油開采、海洋采油平臺(tái)等生產(chǎn)場(chǎng)合，全部采用撬體結(jié)構(gòu)；不可能進(jìn)行永久性房屋施工，因此，在高壓變頻項(xiàng)目的實(shí)施中，提供完整全面的集成化技術(shù)解決方案就顯得十分必要。做到設(shè)備就位即可直接使用，用完起吊即可轉(zhuǎn)場(chǎng)的目的。

綜上分析，解決高壓變頻應(yīng)用中的環(huán)境問題，主要應(yīng)包括如下幾個(gè)方面，并具備相應(yīng)的如附表所示的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

技術(shù)解決方案

針對(duì)高壓變頻器在應(yīng)用中需要解決的電氣、冷卻、土建施工、低壓配電等應(yīng)用環(huán)境問題，迫切需要研制出一種集成制冷、制熱、環(huán)境控制、消防安全、空間利用、工程力學(xué)、撬裝箱體結(jié)構(gòu)、配電等多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)融合的新型產(chǎn)品，從高壓變頻器設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)，即從本質(zhì)上解決變頻器應(yīng)用所需解決的所有問題。消除環(huán)境因素對(duì)設(shè)備運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性、可靠性，使用壽命、電力電子器件故障率的直接影響，并且通過控制環(huán)境條件，提高的產(chǎn)品運(yùn)行性能、延緩設(shè)備高溫老化的速度，延長使用壽命和平均無故障運(yùn)行時(shí)間。同時(shí)，還要移動(dòng)方便、便于運(yùn)輸，解決變頻器到現(xiàn)場(chǎng)需要安裝再調(diào)試的問題，可以方便地與石油鉆探、開采等設(shè)備直接轉(zhuǎn)運(yùn)、直接使用。

這種形式的產(chǎn)品既要獨(dú)立于普通應(yīng)用的高壓變頻器，又要和變頻器緊密結(jié)合起來。實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備整體安裝實(shí)施，研制出適用于現(xiàn)場(chǎng)直接就位使用的整裝結(jié)構(gòu)的變頻器，將可以解決以下幾個(gè)方面的問題：

（1）技術(shù)控制流程和工程水平可控

將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備安裝、空間環(huán)境等通過流程化生產(chǎn)的方式確定下來。使得產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性受環(huán)境影響的因素降到最低，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量保障更加可控

由于設(shè)備出廠前組裝、調(diào)試完畢后，即被固化下來。因此，到場(chǎng)就位后，即可上電使用，工程人員成為設(shè)備運(yùn)行和出廠檢驗(yàn)關(guān)口的交付驗(yàn)證，不再是生產(chǎn)過程的重復(fù)而是產(chǎn)品質(zhì)量保證的延深。

（3）項(xiàng)目執(zhí)行周期更加可控

由于采用產(chǎn)品生產(chǎn)將現(xiàn)場(chǎng)的安裝和空間需求在產(chǎn)品制造過程中解決，因此，省卻了現(xiàn)場(chǎng)需要房屋、照明、配電、防水等工程設(shè)計(jì)、土建施工、工程質(zhì)量控制、施工安全、項(xiàng)目監(jiān)理的繁瑣工程問題。

（4）項(xiàng)目質(zhì)量可控

由于采取統(tǒng)一的控制流程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)人員，避免了現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目實(shí)施中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、人員水平、項(xiàng)目質(zhì)量等不確定因素對(duì)設(shè)備環(huán)境和運(yùn)行穩(wěn)定可靠性的影響。

（5）設(shè)備運(yùn)輸、存儲(chǔ)更加方便節(jié)能

原來設(shè)備需要出廠包裝、到場(chǎng)拆箱，木材浪費(fèi)且無法再利用，現(xiàn)在整體生產(chǎn)制造，設(shè)備外觀既是包裝，又是到場(chǎng)后房屋結(jié)構(gòu)，無需庫房存放、空地露天放置即可。

（6）項(xiàng)目施工周期可控

變頻器采用戶外整裝結(jié)構(gòu)箱體后，設(shè)備能夠做到到場(chǎng)即安裝。只要現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地位置確定，即可到場(chǎng)卸貨、即安裝完畢。省去設(shè)備到場(chǎng)后，還需要組織設(shè)備拆箱、轉(zhuǎn)運(yùn)、就位等工作周期，設(shè)備交付運(yùn)行的周期縮短2/3。

（7）電氣施工簡單

戶外變頻器提供的外置高低壓端子接箱，直接與現(xiàn)場(chǎng)接線使用，使得變頻器的施工變得像電動(dòng)機(jī)安裝接線一樣簡單。

（8）設(shè)備調(diào)試周期更短

設(shè)備到場(chǎng)接線完畢，即可送電調(diào)試。不需要再重復(fù)設(shè)備組裝、檢查等工作。

（9）設(shè)備空間環(huán)境一步到位

無需再解決冷卻、除濕、照明、配電、消防、應(yīng)急照明、應(yīng)急通風(fēng)等問題。設(shè)備制造出廠即定制解決。

實(shí)現(xiàn)包裝、儲(chǔ)運(yùn)的節(jié)能，避免設(shè)備包裝箱不可再利用造成的浪費(fèi)。體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的理念，省去木材的消耗。

可行性應(yīng)用分析

戶外整裝結(jié)構(gòu)箱式變頻器（簡稱：戶外箱式變頻器），顧名思義就是將變頻器直接生產(chǎn)安裝在撬裝箱體結(jié)構(gòu)中，并且將多項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備整體安裝實(shí)施的一種適用于現(xiàn)場(chǎng)直接就位使用于戶外的新型結(jié)構(gòu)的變頻器形式。

戶外箱式變頻器結(jié)構(gòu)的開發(fā)成功，解決了高壓變頻器應(yīng)用過程中的投資成本，提高了系統(tǒng)的適配能力。戶外變頻器的箱體結(jié)構(gòu)將變頻器的防護(hù)等級(jí)由ip20提高到ip43，完全滿足了變頻器在高粉塵、高溫、危害氣體等惡劣環(huán)境條件下的應(yīng)用，適應(yīng)野外作業(yè)、石油、石化、礦山、水泥等高污染、惡劣環(huán)境中使用。

同時(shí)，戶外箱式變頻器解決了變頻應(yīng)用環(huán)境中需要解決的電氣、冷卻、土建施工、低壓配電等眾多問題一并解決了，并進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、一體化生產(chǎn)，不再需要現(xiàn)場(chǎng)繁瑣的施工和多專業(yè)的配合與協(xié)調(diào)。更重要的是，箱式變頻器的運(yùn)用為解決外部問題提供了實(shí)現(xiàn)的空間和更為簡捷的手段。將變頻的控制與節(jié)能直接整合到箱體內(nèi)，直接應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和入口檔板、閥門需要節(jié)能改造的設(shè)備旁邊，不再需要大面積的變更和施工成本。實(shí)現(xiàn)大包工程的實(shí)施費(fèi)用可控，項(xiàng)目投資成本有據(jù)可依。

戶外箱式變頻器的出現(xiàn)，解決了變頻器到現(xiàn)場(chǎng)需要安裝再調(diào)試的問題。目前，通常高壓變頻器都要進(jìn)行分體運(yùn)輸，到現(xiàn)場(chǎng)就位后再進(jìn)行設(shè)備組裝、接線調(diào)試。這使得設(shè)備在生產(chǎn)中進(jìn)行整機(jī)組裝測(cè)試，通過多個(gè)獨(dú)立部門進(jìn)行實(shí)施和工序控制，最后通過品質(zhì)部進(jìn)行檢驗(yàn)出廠的流程控制而言具有不確定性。

將工程產(chǎn)品通過整體生產(chǎn)組裝的方式，不僅是簡化了重復(fù)的工作，節(jié)約人工成本，更重要的是使得產(chǎn)品到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后的產(chǎn)品質(zhì)量更加可控。將原來的產(chǎn)品二次拆裝，調(diào)整為工程人員成為產(chǎn)品經(jīng)過出廠檢驗(yàn)后，運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)交付運(yùn)行的最后一道檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量工序。而不是簡單的產(chǎn)品再組裝、檢查、調(diào)試、投運(yùn)的過程重復(fù)。這樣，就將工廠生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制轉(zhuǎn)變?yōu)榍袑?shí)保證產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的一道環(huán)節(jié)。原來，通過設(shè)備的拆卸分解運(yùn)輸，將出廠檢驗(yàn)的結(jié)果在一定程度上阻斷，不能進(jìn)行100%傳遞，而是通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的培訓(xùn)、管理來保證的。比高壓電動(dòng)機(jī)安裝還要簡便。現(xiàn)場(chǎng)需要的只是接上高壓電纜、直接使用，解決了變頻器到現(xiàn)場(chǎng)需要安裝再調(diào)試的問題。

可見，戶外箱體變頻器的出現(xiàn)，為變頻器的應(yīng)用提供了工程應(yīng)用的制造平臺(tái)，項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)不再依托于現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)施，而可以通過生產(chǎn)制造的方式直接提供出來，大大減少了項(xiàng)目實(shí)施的周期和實(shí)施成本。做到項(xiàng)目可以像產(chǎn)品一樣生產(chǎn)出來，開創(chuàng)了高壓變頻器應(yīng)用的新型運(yùn)用模式。集成化程度更高、技術(shù)整合和設(shè)備契合程度更好、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)可控程度由工程實(shí)現(xiàn)的35%提高到80%以上，真正做到了過程控制標(biāo)準(zhǔn)化和項(xiàng)目管理標(biāo)準(zhǔn)化。

結(jié)束語

戶外箱式變頻器的研制是高壓變頻器應(yīng)用技術(shù)的集成體現(xiàn)，真正做到了工程產(chǎn)品向制造產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了過程控制標(biāo)準(zhǔn)化和項(xiàng)目管理標(biāo)準(zhǔn)化。箱式變頻器的整裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于變頻器本體，是工程應(yīng)用技術(shù)的又一次成功移植和技術(shù)創(chuàng)新，在拓寬高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用方向上具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。