1 方案背景與目標

現狀一：某焦化廠煤氣鼓風機屬于焦化系統關鍵風機，對拖動該風機變頻設備的可靠性和穩定性要求較高，非計劃停機一次可造成焦化爐內隔熱材料嚴重受損，爐內結焦，造成重大經濟損失，且會造成大量煙塵。在當前環保要求越來越嚴的情況下，嚴重的情況下會造成企業停產整頓，造成不可挽回的經濟損失。

現狀二：某新能源公司輸煤皮帶改造項目中，變頻驅動系統需滿足零故障停機要求。原皮帶輸送機由兩臺185kW電機同步驅動，因生產工藝的核心地位，變頻調速系統的可靠性直接決定生產連續性。傳統熱備方案是一臺設備工作，另一臺處于待機狀態；當工作設備故障時，才能啟動備用設備，存在停機時間長，設備再起動困難等問題。

在工業自動化蓬勃發展的時代背景下，設備運行的穩定性與可靠性已成為企業生產的核心競爭力。希望森蘭基于高性能矢量控制技術與先進的雙機跟蹤控制算法，憑借國內首創的高低壓雙機熱冗余技術（DMHR, Dual-machine hot redundancy），為煤氣鼓風機、反應產物壓縮機、輸煤皮帶機等關鍵變頻驅動系統，帶來了全新的高可靠性變頻調速解決方案，在實際應用中彰顯出卓越性能，有力推動了電機驅動技術的高質量發展。

2 方案詳細介紹

2.1高壓雙機熱冗余項目

2.1.1 項目概況

焦化廠3臺煤氣鼓風機采用兩用一備共母管的運行方式，每臺風機配置一臺高壓變頻器實現工藝對風量的調節。變頻器采用一拖一自動工頻旁路配置方式。客戶自行在工頻回路中配置液阻軟啟動裝置，期望提高系統可靠性。實際運行中如果某臺設備出現故障，變頻器切換至工頻回路時，風機帶載經液阻柜會再次經歷一次啟動過程。因液阻柜會產生一定的壓降，風機轉速會先下降一定幅度，然后快速提升至額定轉速，在這個過程中會造成系統風量的急劇變化，風機震動大，風機軸承磨損嚴重。在液阻柜啟動至額定轉速切換瞬間電網會受到較大沖擊，有時甚至無法完成切換，嚴重時將會造成上級斷路器跳閘，對生產造成較大有影響。

圖1改造前系統主回路原理圖

目前該系統存在如下缺點：

系統冗余性較低，若出現斷路器或其他設備故障時，系統只能停機。

在變頻與工頻切換過程中，設備及電網將會受到沖擊，嚴重時無法完成切換，風量波動大，嚴重影響生產。

切換時對設備沖擊大，嚴重影響風機、電機等設備的使用壽命。

2.1.2雙機熱冗余系統主回路方案

為了改善設備的運行情況，增加煤氣鼓風機的穩定性和提高系統的冗余，經過我方的現場考察，確定采用森蘭雙機熱備高壓變頻器雙向自由切換系統，代替原來的系統運行方式。本次主要針對3臺煤氣鼓風機變頻系統進行升級改造。

系統原理圖如下：

 圖2雙機熱冗余系統主回路原理圖

考慮設備檢修及供電冗余，兩臺變頻器供電分別由10KV I段QF1和10KV II段QF2提供。

互鎖及要求：

QS11、QS12、QS21、QS22為隔離刀閘，在系統中形成明顯斷點，提高檢修安全性。非檢修狀態時，一直處于合閘位置。

QS11與KM11、QS12與KM12、QS21與KM21、QS22與KM22相互聯鎖。

KM11與KM12、KM21與KM22相互聯鎖。

合閘順序：先合QF1/QF2，再合KM11/KM21，最后合KM12/KM22。

分閘順序：先分KM12/KM22，再分KM11/KM21，最后分QF1/QF2。

2.1.3系統控制方案

圖3系統控制原理圖

本項目采用2臺型號為SBH-100-500T2高壓變頻器，配置一臺協調柜，接受來自DCS或協調柜本機觸摸屏的控制信號。系統自動選擇1號或者2號作為主機拖動電機運行，另一臺高壓變頻器處于熱備狀態。當需要手動切換至備用機運行或1#機需要檢修時，可自動切換至2#運行。

2.2低壓雙機熱冗余項目

2.2.1 低壓方案介紹

希望森蘭采用雙機熱冗余（DMHR）+主從控制兩大核心技術，可為輸煤皮帶變頻驅動系統提供高可靠性電機驅動解決方案，系統主回路一次圖如下：

 圖4 雙機熱冗余系統一次圖

針對本項目的實際需求，該系統采用Hope530系列高性能矢量變頻器，A1和A2（B1和B2）分別為兩套熱冗余系統，均配置了DMHR技術，通過雙變頻器實時同步控制，實現互為熱備的ms級切換。

另外一個難點在于兩臺電機還需要進行主從同步控制，以滿足皮帶機系統的負荷均衡分配要求。希望森蘭采用動態同步調節算法，實時補償負載差異，確保A1和B1（A2和B2）任意兩臺變頻器輸出功率平衡（±2%）。

圖5 現場設備安裝圖

2.2.1系統工作原理及功能驗證

在雙機熱冗余模式下，圖1的4臺變頻器輸出接觸器均處于閉合狀態， A1和A2兩臺設備同時運行并實時交換數據，一臺設備擁有控制權，另一臺進行監視，一旦控制設備出現故障，監視設備能迅速接管控制權；B1和B2也是同理。相比傳統熱備方案，DMHR技術在保障設備連續運行方面更具優勢。

表1 雙機熱冗余與傳統熱備方案對比

變頻器之間均通過擴展光纖板通訊，確保了數據傳輸的高速性與穩定性，實現了各個設備之間的高效連接。同時，通訊集成板和主板的擴展IO板也發揮著關鍵作用。擴展IO板外接24V供電，具備網口CAN協議，能夠實現與外部設備的靈活交互，滿足復雜工業場景下的各種控制需求。

希望森蘭采用主從控制動態同步調節優化算法，主從機同步參數均通過通訊實時傳輸，避免了模擬量采樣誤差，實現了高精度負荷平衡。

 圖6 通訊接口示意圖

經過實際調試和驗證，希望森蘭Hope530系列變頻器雙機熱冗余控制方案取得了顯著應用效果。在0 - 50Hz調速范圍內，帶載運行頻率同步，主從運行電流平衡；當主機或從機出現故障時，能夠在<3ms內切換，且切換過程無轉速波動，真正實現了平穩熱冗余投切。

 圖7 雙機熱冗余切換波形

在額定頻率條件下，從切換電流波形（見圖4）可以看出，系統在輸出電流控制方面表現非常出色，整個切換過程輸出電流的非常穩定。

3 代表性及推廣價值

高低壓雙機熱冗余技術方案的應用，具有以下特點：

采用協調柜對兩臺變頻器進行協調控制，與現行其他方式的主從技術方案相比，系統冗余性更強，可靠性更高，切換速度更快。

協調系統與變頻器之間采用高速通訊模塊，與傳統采用RS485、硬接線等技術方案相比，數據傳輸速度更快，抗干擾能力更強。

技術方案中無限流或均流作用器件，進一步提高系統可靠性。

雙機熱備技術真正從系統原理上實現了冗余，任何部件的損壞或異常，不影響系統正常運行。

一鍵切換功能，使設備使用簡單，避免因人為操作原因而導致的系統故障。

切換過程毫秒級，整個切換過程平滑無沖擊，負載無任何波動，可任意方向切換，不受切換次數等任何條件限制，是真正的無擾動雙向自由投切，對生產無任何影響。

項目實施效果

驅動系統年故障停機時間從12小時降至0，減少了因故障意外停機對皮帶造成的損傷，設備壽命延長20%，備件更換頻率下降30%。

綜上所述，希望森蘭DMHR技術可為高連續性生產場景，提供高可靠性的電機驅動解決方案，助力企業提升生產效率，降低運營成本，具有廣泛的應用前景。隨著產品線的不斷完善，我們將推出更多卓越的產品和解決方案，為客戶創造更高的價值，持續推進工業生態化發展，共創美好未來。