变频器水冷系统如何运行？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-05-23 04:35 标签：变频器的运行方式

#【运维实战】数据中心供电系统的容性功率因数的控制与柴油发电机组的应急运行投入
北京马驹桥机房经理于晓宇

【摘要】在具有10KV高压柴油发电机应急电源的数据中心供电系统中，功率因数作为数据中心各项指标中的重要参数应该给以特殊关注，不仅仅是因为它影响着电费的缴纳，同时威胁着数据中心供电系统的安全运行，在市电断电的情况下，系统过低的容性功率因数会影响柴油发电机组作为应急电源的投入使用。

本文首先阐述了数据中心功率因数的特点和影响，详细分析了数据中心供电系统中容性负荷的组成，将柴油发电机组的无功带载曲线与应急情况的可靠投入率之间的关系进行了说明和理论分析。简述应急情况下提高后备电源（柴油发电机组）安全投入率的方法，探讨数据中心基础设施运行中，如何确保应急电源安全投入的同时消除系统谐波降低机房PUE值。

【关键词】 容性功率因数，滤波装置，应急发电机组安全投入运行，PUE

（原文发表于《现代数据中心》201502期；下载期刊扫描件PDF文档请点击）

随着信息设备的进一步集中，更多大型、节能、可靠度高的新一代绿色数据中心被建立，运行中的数据中心在满足电力系统谐波治理要求、减少谐波损耗降低机房PUE值又要使用UPS、DPS等电源设备确保服务器用电安全的情况下，供电系统很容易呈现容性状态，这一非常规工业企业用电状态（大部分工业企业电力系统呈感性）对数据中心会产生几个方面的影响：

产生功率因数罚款增加运行费用。
国家物价局文件《功率因数调整电费办法》规定：“按用户倒送的无功电量和实用的无功电量的绝对值之和计算月平均功率因数”即：用容性无功电量和感性无功电量的绝对值之和计算用户的功率因数。数据中心基础设施的运行方式经常变化，且由于投入滤波装置后与传统企业不同的是自然功率因数具有超前的可能性，用上述方法计算易产生功率因数过低的问题。
电气系统过高的容性状态会导致应急启动带载后的柴油发电机组发生停机事故。
机房装设的无功补偿装置长期闲置停用，造成很大的投资浪费。
末端（负荷端）电压升高，影响设备运行安全
鉴于以上原因，数据中心功率因数问题应该引起机房设施运维部门的高度注意和足够的重视，需有必要的管理和改善策略。

2、数据中心的容性负荷一般由以下几个来源：

（如下图所示）1#变压器、3#变压器、5#变压器通过UPS设备向服务器供电，7#变压器主要给冷水系统设备供电，电容器无功补偿装置和滤波装置连接于变压器低压侧，电容补偿柜开启自动补偿状态，设置补偿目标功率因数为0.95。

图1：某数据中心10Kv侧高压单线图

受供电部门要求，数据中心在设计的过程中需按照常规工业企业供电系统形式设置容性无功补偿，常规设计是在低压侧以变压器总装机容量的30-40%确定补偿容量（具体数值因所在电网的不同也有所改变）。运行中的电容器无功补偿装置一般会设置在自动补偿状态，根据各变压器低压侧感性负荷投切电容器以达到功率因数的设定值。
UPS、DPS、变频器等电源设备 由于数据中心用电设备的特殊性，大量的使用了UPS、DPS等电源设备确保服务器的用电可靠性，这些设备在运行中会呈现容性，常见的几种UPS、DPS的容性功率因数见下表：

谐波滤波装置 经过对数据中心配电系统进行谐波测试分析表明：数据中心谐波源为：UPS设备、水冷机组、水泵、服务器等，这些设备会产生大量的谐波电流，主要成分为3、5、7、9、11、13、15、17、19次谐波。这些谐波电流不仅会产生大量的电能损耗进而提高机房PUE值，部分些波分量反应到高压侧会造成谐波超出国家标准限制的问题。为此需要装设谐波滤波装置进行谐波治理，但是，这些谐波治理设备会带来相当量的电容电流，成为了供电系统容性负荷。
随着技术水平的不断提高，高功率因数的服务器日渐成熟，已不需要供电系统进行补偿。

3、设施运维部门运行中应注意的几个问题：

保证机房运行安全，市电停电时应能确保柴油发电机组正常投入运行。
（如下图所示）从带载曲线中可看出柴油发电机组的感性带载能力远大于容性带载能力，为保证发电机能够稳定运行，需要系统的容性功率因数必须高于0.85，否则多台并列运行的发电机组很容易解列并停机。

图2 某型号柴油电机机组带载曲线图

防止低压系统电压过高，影响电气设备安全。
治理电气系统谐波，减少谐波损耗，降低机房PUE。
根据供电部门要求控制功率因数，减少低功率因数的罚款损失。

4、解决运行问题的方案

建立完善的供电系统功率因数的监测体系，对功率因数进行全时段的在线状态的监测。
根据监测结果调整系统容性负荷的运行方式，把功率因数控制在安全范围内。
根据负荷性质调整变压器二次分接头的方法平衡低压侧电压值，解决电压过高问题。
在上图的系统运行时，如果系统功率因数整体呈容性,可通过关闭7#变压器侧的电容补偿柜的自动补偿功能，改成手动增减电容，通过提高7#变压器侧线路的感性无功，来平衡1#变压器、3#变压器、5#变压器产生的容性无功，从而达到控制功率因数的目的。
制定柴油发电机运行规程，要求定期根据实际的负荷，设定最佳的柴油发电机组运行台数。
大多数据中心采用多台柴油发电机通过并机来进行应急供电，柴油发电机组的并机控制柜具有自动减载功能，自动减载可分为几个阶段。

正常市电供电状态时，应投入必要的消谐波装置，减少谐波损耗，降低机房PUE值，在市电停电后需要及时切除谐波滤波装置(建议装设无压释放装置)，待柴油发电机应急电源投入运行后，由于启动冷水系统设备需要较大的系统短路容量，因此应按顺序先投入冷水系统等感性负荷、之后投入机房设备等容性负荷。在发电机组减载阶段开始前，应完成所有设备的正常供电。
在系统运行稳定后，根据情况边监测功率因数边投入滤波装置，要求将功率因数控制在感性范围内。
设计阶段应根据负荷情况对无功补偿和谐波治理进行评估，建议预留无功补偿装置的位置，机房初期暂不装设无功补偿装置和滤波装置，随机房负荷增大后再根据实际情况进行综合治理。减少不必要的投资浪费。

1、陈道舜《电机学》武汉大学出版社2013
2、王大志《电力系统无功补偿原理与应用》2013

摘要：本文主要介绍了深圳市英威腾电气股份有限公司研发的高压物联网整体解决方案在锅炉引风机、一次风机上的实际应用情况，通过两套锅炉风机工变频运行工况的对比，可明确体现变频改造后取得的较高的经济效益。

河南某热电公司为企业自备电厂，担负着向厂区生产装置供电的任务。目前，热电公司装有2台25MW燃煤发电机组，由两套锅炉提供蒸汽给汽轮机发电，每套锅炉配有引风机、一次风机、二次风机各一台。风机使用工频驱动，通过入口风门挡板调节风量。由于系统设计留有余量，实际运行所需风量低于工频定速风量，风门开度在40%~60%之间，造成了能源的极大浪费。为了响应集团节能减排、提高效率的要求，公司决定对引风机和一次风机进行变频改造。

另外，客户还有物联网需求，希望能通过手机APP或电脑网页对变频系统的运行状态和数据进行实时监控。

2.1引风机、一次风机运行工艺

引风机运行的目的是将锅炉的烟气抽出，维持炉膛负压，如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷粉，既影响环境卫生，又可能危及设备和操作人员的安全，负压太大，炉膛漏风量增大，增加了引风机的电耗和烟气带来的热量损失。因此控制引风量大小，稳定炉膛负压值，对保证锅炉安全，经济运行有十分重要的意义。炉膛负压一般在-20~-40Pa；

一次风机是锅炉燃料输送系统的主要动力来源。为保证锅炉有良好的工况和较高的热效率，在运行中需根据煤质和负荷的变化及时调整一次风量，同时根据燃料燃烧，底料流化床温变化和料层差压的情况合理配风。如果配风过低，就不能使燃料充分燃烧，时间稍长，还会有结焦的危险，风量过大，又会使床温降低，同样会使燃料无法充分燃烧，排烟热损失也相应增大；

客户4台风机均使用风门挡板调节流量，启动方式为直接启动；

表2：一次风机技术参数

表3：1#锅炉运行参数

表4：2#锅炉运行参数

客户要求厂家进行项目总包，包括修建变频器室、电气施工、DCS系统改造、实现物联网监控系统、空水冷散热系统搭建，最终实现风机系统的变频改造。

在原电气室外修建一间长20米，宽5米，高4米的砖混结构房屋，4台变频器为一排摆放，房屋考虑顶层承重，防水、电缆沟、空水冷装置及门窗预留等设计因素。

3.2电气传动及施工方案

根据现场设备的额定参数以及实际运行工况，再结合我司Goodrive5000变频器在其他工程应用情况，我司为此项目配置如下变频器，其主要参数如下：

我司提供的Goodrive5000系列高压变频器拖动控制方案，采用一拖一手动旁路切换方案，即增加工频/变频旁路切换柜，使系统既可切换到工频运行，也可切换到变频运行，不会造成生产中断。

一拖一手动旁路柜是由三个高压隔离开关QS1、QS2、QS3组成。手动旁路柜严格按照“五防”联锁要求设计，变频器输出QS2和旁路高压隔离开关QS3机械闭锁，完全能够保证变频调速系统安全运行。

电气施工包含动力电缆电缆沟内敷设（其中电机线可以利旧，降低成本）、控制电缆安装桥架敷设、电缆头制作及耐压试验，并严格按照以下标准组织安装及验收：

《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92

《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》GB50171-92

变频器室内采用彩钢板吊顶，变频器产生热量由柜顶风机引至彩钢板上侧，并被彩钢板隔离成高低温两个区域，空水冷装置散热风机通过风道将热气引至换热器内，并通过由冷水经过的热管进行换热，形成冷风排入变频器室内。

通过在原系统上增加模块，变频器与DCS之间采用硬接线的方式实现信号传递，并在上位机监控画面上增加变频器的操作及运行显示，空水冷风机运行监视等功能；

将手动旁路柜打到变频状态，变频器上就地/远程开关切到远程，监控画面上将会显示变频远方，并隐藏工频操作，之后合高配开关，变频器自检完成后发送准备就绪信号至DCS，之后可以启动变频器，运行风机。

图4 系统操作运行画面

●设备感知层：主要为高压变频器，也可以是客户PLC或DCS系统；

●应用层：英威腾高压物联网监控系统。

●Modbus查询地址和采集周期可设置，变化的数据上传，不变的不传，实现数据上传省流量的机制；

●支持GPRS基站定位和GPS卫星定位，实时精准获取设备地理位置；

●具备实时监控功能，包括：在线状态、设备状态、输出频率、输出电压、运行时间、用电量等；

●具备故障管理和推送功能，包括：历史故障、故障管理、故障统计、故障订阅等；

--历史故障：所有故障记录会被记录在云端，WEB和手机APP可查询历史故障记录；

--故障管理：可对所有故障的描述和故障等级进行修改；

--故障统计：可根据设置的条件，如故障类型、故障发生时间等进行统计，支持设备故障率及各个故障发生比例图标的打印/下载；

--故障订阅：可对关注的故障进行订阅，所有的设备在发生被订阅的故障时会将故障信息推送到终端；

●系统管理：可对不同客户进行权限分级管理；如：普通用户、维保用户、经销商等；

●支持终端界面及功能定制化需求；标准版电脑网页监控系统界面如下图所示：

图6 设备状态和监控数据界面

图7 电量、电流和频率数据统计界面

图8 手机APP监控界面

3.5.4项目实际运行情况

●合同确定后，提供客户网页端地址及手机APP，为客户开通账户及提供操作指南；

●设备安装调试中，服务人员对客户及终端现场操作人员进行变频器及物联网相关方面的培训。设备投运时，客户已完全具备物联网功能使用能力；

●设备投运后，客户按照物联网使用指导，不定期观察变频器运行状态，查看变频器运行数据；

●设备投运至今，定期进行回访，从客户处反馈物联网使用情况，对出现的问题及改进建议进行收集整理，后续持续优化。

4.系统改造后运行效果分析

截止目前，2号锅炉变频系统已正常无故障运行281天，1号锅炉在停机计划前仍为工频运行，两套锅炉发电负荷相同，运行数据如下：

图9 变频及空水冷设备运行

本文主要介绍了英威腾电气股份有限公司在巩义热电承包高压变频器改造工程项目的实际情况，依托于高性能、高可靠性的Goodrive5000变频器，结合公司团队的精诚合作和努力，成功的完成了项目的施工以及系统的升级改造，给客户带来了可观的经济效益。

[1] 《Goodrive5000系列变频器产品说明书》深圳市英威腾电气股份有限公司

[2] 《风机水泵交流调速节电技术》机械工业出版社

主题：【求助】电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

盾构机上一台315KW 690V电机三相全部接地，但控制它的变频器无报警，仍旧可以调速运行。检查出了发现电缆地线在电机端断开没其它现象。发现这个情况还是从变频器上一级接的变压器绝缘监测数值下降发现的。请问为啥会出现这个情况。

三相全部接地具体是这个意思，用绝缘摇表检测三相相与相之间绝缘为零，三相单独与电机外壳绝缘为零。甚至不用摇表，万用表都可以测出电阻为零。基本可以判断电机里面绝缘损坏。我说的地线断开，是打开电机盖检查时发现地线从压接的线鼻子处脱出。里面没有灼烧的痕迹，无进水受潮痕迹。电机为一台奥地利ELIN水冷电机，变频器为VACON水冷变频器。变频器所处的电器柜上端是一台1600KVA变压器。首先发现问题是该变压器绝缘监测器示数下降至700千欧，逐级断电检查发现电机存在问题。但即便电机在绝缘检查损坏后，变频器仍旧可以驱动电机调速运行，没有任何报警。之前也没有报警记录。通常电机接地，变频器都会报警，但这个没有，电机三相接地了，仍旧在正常运行。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

变压器二次侧如果没有接地，并且你的变频器没有接地，那是无法检测到接地的。

而且，你现在的电机，估计也就是单点接地，不是你所说的“三相全接地”，没那么恐怖。

天生不宜做胜利者，自来没有胜利的欲望，只是不甘失败，十分十分不甘心失败。木心

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

电机接线盒内的地线断开，无法通过地线接地；水泥基础的话，电机也是不接地运行吧？

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

楼主情况有点怪了，相间绝缘电阻为零，相当于是短路了，短路了还能正常工作有点怪啊。是不是楼主没有拆除短接片测量的。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

变压器二次侧如果没有接地，并且你的变频器没有接地，那是无法检测到接地的。

而且，你现在的电机，估计也就是单点接地，不是你所说的“三相全接地”，没那么恐怖。

应该是这样的，难道你把电机3相线圈彼此断开测量的？单相接地而已，你的地线又没接。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

我也感觉特别的纳闷楼主，楼主不妨拍点测试时的照片，还有就是把测试绝缘的流程具体的说一下！

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

我详细描述下检测过程，因为我们是租赁设备，设备厂家有跟机电工，我们把电机盒内所有线都拆了，包括接线盒内到电机内部的六根线都拆了，然后用摇表测量的。中间我和厂家的电工有分歧，我认为电机按电机名牌和盒内接线图是星接的，厂家说图不对，说是角接的。简单说一下这个和常见的电机不同的地方，它盒内接线柱只有三个，电机进场时它内部三个接线柱分别接的是标有U1 U2;V1 V2;W1 W2一共六根线。它内部没有像一般电机六个接线柱用短接片连接。我个人认为是电机内部某个地方将三相接到一起的。而厂家认为它角接，因为三个接线柱第一反应都是角接，但没法解释标有U1和U2两根线为什么接到一起。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

不用短接片在星三角降压启动时候，是需要拆除短接片的。这是正常现象啊。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

这个事电机的铭牌和安装布局

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

三相相间绝缘为零，三相对外壳绝缘为零，这是最严重的短路，电机还能转？

大容量电机和变压器储能较大，绝缘测量，兆欧表需要长时间摇动，开始时会显示绝缘为零，这只不过是一个充电状态，假象，摇动时间长了充电满了，真正的绝缘电阻就回在兆欧表上出现了。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

这是设备建造时拍摄的图片，变频器地线可见是接上的，配电柜从欧洲发货时内部接线就做好了，到设备厂家时只需要接电机电缆就可以了。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

厂家出于保密需要，变频器参数并没有给过我们，而且说实话这个厂家只是个二道贩子，真正的设置均是外国人弄的。但对于电机接地这种基本检测功能，我个人认为老外也不会摆厂家一道。所以对于变频器为什么始终没有报警也确实没有理解。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

到底有没有问题呢？如果有问题，就是绝缘环了？应该如何处理呢？而且由此，以后如何预知绝缘损坏上位监控措施呢？还接着用变压器的监控来预警？

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

"不是拆除，是根本没有，而且这台电机是变频器直连的。而且也没有接短接片的地方",估计3相绕组还是连着的，没有断开，所以测量三相间绝缘为零了，否则，如三相相间绝缘为零，三相对外壳绝缘为零，那电机不可能转！

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

说的非常的正确，如果真正的相间短路，变频器不可能还能正常工作的，应该就是内部连接上了。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

是呀，凡是用原理解释不通的现象，一定才存在没有发现的问题。而且，既然能工作，说明没有那么严重的短路。还是看看楼主的后续报道和共享吧。

盾构机，要不是在工控网上看到有实物照和介绍，还真不知道是干什么的。它现在是工程及机械中的利器，专门挖地洞，挖隧道的。工作起来挺壮观的。这玩意要真的短路了，那还不得放炮呀？没炸，说明未必是短路，绝缘下降倒有可能。但不至于短路吧？

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

变频器接电机，规定的电机绕组应该是什么接法呢？星形？三角形？楼主还是先看看确定一下吧。

另外，是否能再重新组织一下你的语言描述。

回复：电机三相全部接地，但变频器仍旧可以运行，无报警

对于供电变压器中性点不接地系统中，用电设备的绕组对金属外壳绝缘击穿，这时设备会有运行正常的可能性，如果是变频器控制电机，变频器也可能不会报警，因为电机绕组对外壳接通后并不会形成构成变频器检测接地所需的漏电流，因为接地电流没有和供电变压器形成回路。这种供电系统用电设备的接地就是防止在绝缘击穿时设备外壳有高电压，不伤害人，叫保护接地。而变压器中性点接地的系统外壳接的是保护零线，叫保护接零。这种供电系统电机绕组对外壳击穿变频器一般都会报接地故障的，因为它会通过零线和变压器构成一个漏电流