1 方案背景与目标

现状一：某焦化厂煤气鼓风机属于焦化系统关键风机，对拖动该风机变频设备的可靠性和稳定性要求较高，非计划停机一次可造成焦化炉内隔热材料严重受损，炉内结焦，造成重大经济损失，且会造成大量烟尘。在当前环保要求越来越严的情况下，严重的情况下会造成企业停产整顿，造成不可挽回的经济损失。

现状二：某新能源公司输煤皮带改造项目中，变频驱动系统需满足零故障停机要求。原皮带输送机由两台185kW电机同步驱动，因生产工艺的核心地位，变频调速系统的可靠性直接决定生产连续性。传统热备方案是一台设备工作，另一台处于待机状态；当工作设备故障时，才能启动备用设备，存在停机时间长，设备再起动困难等问题。

在工业自动化蓬勃发展的时代背景下，设备运行的稳定性与可靠性已成为企业生产的核心竞争力。希望森兰基于高性能矢量控制技术与先进的双机跟踪控制算法，凭借国内首创的高低压双机热冗余技术（DMHR, Dual-machine hot redundancy），为煤气鼓风机、反应产物压缩机、输煤皮带机等关键变频驱动系统，带来了全新的高可靠性变频调速解决方案，在实际应用中彰显出卓越性能，有力推动了电机驱动技术的高质量发展。

2 方案详细介绍

2.1高压双机热冗余项目

2.1.1 项目概况

焦化厂3台煤气鼓风机采用两用一备共母管的运行方式，每台风机配置一台高压变频器实现工艺对风量的调节。变频器采用一拖一自动工频旁路配置方式。客户自行在工频回路中配置液阻软启动装置，期望提高系统可靠性。实际运行中如果某台设备出现故障，变频器切换至工频回路时，风机带载经液阻柜会再次经历一次启动过程。因液阻柜会产生一定的压降，风机转速会先下降一定幅度，然后快速提升至额定转速，在这个过程中会造成系统风量的急剧变化，风机震动大，风机轴承磨损严重。在液阻柜启动至额定转速切换瞬间电网会受到较大冲击，有时甚至无法完成切换，严重时将会造成上级断路器跳闸，对生产造成较大有影响。

图1改造前系统主回路原理图

目前该系统存在如下缺点：

系统冗余性较低，若出现断路器或其他设备故障时，系统只能停机。

在变频与工频切换过程中，设备及电网将会受到冲击，严重时无法完成切换，风量波动大，严重影响生产。

切换时对设备冲击大，严重影响风机、电机等设备的使用寿命。

2.1.2双机热冗余系统主回路方案

为了改善设备的运行情况，增加煤气鼓风机的稳定性和提高系统的冗余，经过我方的现场考察，确定采用森兰双机热备高压变频器双向自由切换系统，代替原来的系统运行方式。本次主要针对3台煤气鼓风机变频系统进行升级改造。

系统原理图如下：

 图2双机热冗余系统主回路原理图

考虑设备检修及供电冗余，两台变频器供电分别由10KV I段QF1和10KV II段QF2提供。

互锁及要求：

QS11、QS12、QS21、QS22为隔离刀闸，在系统中形成明显断点，提高检修安全性。非检修状态时，一直处于合闸位置。

QS11与KM11、QS12与KM12、QS21与KM21、QS22与KM22相互联锁。

KM11与KM12、KM21与KM22相互联锁。

合闸顺序：先合QF1/QF2，再合KM11/KM21，最后合KM12/KM22。

分闸顺序：先分KM12/KM22，再分KM11/KM21，最后分QF1/QF2。

2.1.3系统控制方案

图3系统控制原理图

本项目采用2台型号为SBH-100-500T2高压变频器，配置一台协调柜，接受来自DCS或协调柜本机触摸屏的控制信号。系统自动选择1号或者2号作为主机拖动电机运行，另一台高压变频器处于热备状态。当需要手动切换至备用机运行或1#机需要检修时，可自动切换至2#运行。

2.2低压双机热冗余项目

2.2.1 低压方案介绍

希望森兰采用双机热冗余（DMHR）+主从控制两大核心技术，可为输煤皮带变频驱动系统提供高可靠性电机驱动解决方案，系统主回路一次图如下：

 图4 双机热冗余系统一次图

针对本项目的实际需求，该系统采用Hope530系列高性能矢量变频器，A1和A2（B1和B2）分别为两套热冗余系统，均配置了DMHR技术，通过双变频器实时同步控制，实现互为热备的ms级切换。

另外一个难点在于两台电机还需要进行主从同步控制，以满足皮带机系统的负荷均衡分配要求。希望森兰采用动态同步调节算法，实时补偿负载差异，确保A1和B1（A2和B2）任意两台变频器输出功率平衡（±2%）。

图5 现场设备安装图

2.2.1系统工作原理及功能验证

在双机热冗余模式下，图1的4台变频器输出接触器均处于闭合状态， A1和A2两台设备同时运行并实时交换数据，一台设备拥有控制权，另一台进行监视，一旦控制设备出现故障，监视设备能迅速接管控制权；B1和B2也是同理。相比传统热备方案，DMHR技术在保障设备连续运行方面更具优势。

表1 双机热冗余与传统热备方案对比

变频器之间均通过扩展光纤板通讯，确保了数据传输的高速性与稳定性，实现了各个设备之间的高效连接。同时，通讯集成板和主板的扩展IO板也发挥着关键作用。扩展IO板外接24V供电，具备网口CAN协议，能够实现与外部设备的灵活交互，满足复杂工业场景下的各种控制需求。

希望森兰采用主从控制动态同步调节优化算法，主从机同步参数均通过通讯实时传输，避免了模拟量采样误差，实现了高精度负荷平衡。

 图6 通讯接口示意图

经过实际调试和验证，希望森兰Hope530系列变频器双机热冗余控制方案取得了显著应用效果。在0 - 50Hz调速范围内，带载运行频率同步，主从运行电流平衡；当主机或从机出现故障时，能够在<3ms内切换，且切换过程无转速波动，真正实现了平稳热冗余投切。

 图7 双机热冗余切换波形

在额定频率条件下，从切换电流波形（见图4）可以看出，系统在输出电流控制方面表现非常出色，整个切换过程输出电流的非常稳定。

3 代表性及推广价值

高低压双机热冗余技术方案的应用，具有以下特点：

采用协调柜对两台变频器进行协调控制，与现行其他方式的主从技术方案相比，系统冗余性更强，可靠性更高，切换速度更快。

协调系统与变频器之间采用高速通讯模块，与传统采用RS485、硬接线等技术方案相比，数据传输速度更快，抗干扰能力更强。

技术方案中无限流或均流作用器件，进一步提高系统可靠性。

双机热备技术真正从系统原理上实现了冗余，任何部件的损坏或异常，不影响系统正常运行。

一键切换功能，使设备使用简单，避免因人为操作原因而导致的系统故障。

切换过程毫秒级，整个切换过程平滑无冲击，负载无任何波动，可任意方向切换，不受切换次数等任何条件限制，是真正的无扰动双向自由投切，对生产无任何影响。

项目实施效果

驱动系统年故障停机时间从12小时降至0，减少了因故障意外停机对皮带造成的损伤，设备寿命延长20%，备件更换频率下降30%。

综上所述，希望森兰DMHR技术可为高连续性生产场景，提供高可靠性的电机驱动解决方案，助力企业提升生产效率，降低运营成本，具有广泛的应用前景。随着产品线的不断完善，我们将推出更多卓越的产品和解决方案，为客户创造更高的价值，持续推进工业生态化发展，共创美好未来。