TMEIC高壓變頻軟啟動(dòng)裝置在電拖軸流機(jī)組中的應(yīng)用

0 引言

在風(fēng)量不要求有很大變化的生產(chǎn)裝置中，選用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)機(jī)組，是首選的機(jī)組配置模式。隨著單機(jī)大容量風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、加工能力的提高，中、大容量的風(fēng)機(jī)在容量較小的電網(wǎng)中的啟動(dòng)問(wèn)題，以及要求電動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的啟動(dòng)能力問(wèn)題，頗受人們關(guān)注。為了避免電機(jī)直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，在中大型風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)中，現(xiàn)在都選用變頻軟啟動(dòng)方式。

陜西鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司為唐山寶業(yè)鋼鐵集團(tuán)公司提供了兩套軸流風(fēng)機(jī)，拖動(dòng)電機(jī)是2臺(tái)19 000kW的異步電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)的功率比較大，選用了日本TMEIC公司高壓變頻軟啟動(dòng)裝置來(lái)起動(dòng)電機(jī)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

變頻軟啟動(dòng)是在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)回路中，通過(guò)串接變頻器，最大限度地限制機(jī)組的啟動(dòng)電流，減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和同步主要是由變頻控制系統(tǒng)和外部高壓開(kāi)關(guān)共同完成的。

本系統(tǒng)采用一套變頻器，通過(guò)切換可分別啟動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)主要由變頻器進(jìn)線端開(kāi)關(guān)(KG1和KG2)、變頻器出線端開(kāi)關(guān)(KG5 和KG6)、正常運(yùn)行時(shí)主開(kāi)關(guān)(KG3和KG4)、母線PT 柜和電機(jī)端PT 柜、升壓變壓器、變頻器及控制系統(tǒng)構(gòu)成。通過(guò)各個(gè)開(kāi)關(guān)和變頻控制系統(tǒng)之間的相互聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻啟動(dòng)和在線運(yùn)行的無(wú)波動(dòng)切換。

軟啟動(dòng)系統(tǒng)主回路原理示意圖如圖1所示，電機(jī)M1 和M2 分別分布在母線玉和母線域上。變頻器輸入側(cè)開(kāi)關(guān)KG1和KG2對(duì)應(yīng)不同的母線，用來(lái)切換啟動(dòng)電機(jī)。

2 風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)原理

以啟動(dòng)電機(jī)M1為例做一說(shuō)明。

首先，合變頻器輸入開(kāi)關(guān)KG1和輸出開(kāi)關(guān)KG5，在接通主回路后啟動(dòng)變頻器，使變頻器帶M1開(kāi)始工作。隨著變頻器的輸出頻率從0 Hz 逐步升到50 Hz(啟動(dòng)時(shí)間可以設(shè)定)，變頻器的輸出電壓(升壓變壓器后)從0 V開(kāi)始升到10 kV，電機(jī)M1的轉(zhuǎn)速由0開(kāi)始逐步升至額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

在變頻器輸出頻率達(dá)到50 Hz以后，變頻器內(nèi)部同步裝置檢測(cè)變頻器的輸入電壓、輸出電壓相位，頻率并接受并網(wǎng)開(kāi)始指令，變頻器調(diào)整其輸出參數(shù)，使之逐步達(dá)到其輸出電壓和電網(wǎng)電壓同頻率、同相位;外部同步裝置同時(shí)確認(rèn)升壓變壓器輸出電壓和電網(wǎng)電壓同頻率、同相位并鎖相以后，發(fā)出并網(wǎng)指令，合并網(wǎng)開(kāi)關(guān)KG3;此時(shí)電機(jī)由變頻器和電網(wǎng)共同供電，然后逐步將電機(jī)的負(fù)載由變頻器供電轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)供電上;最后變頻器斷開(kāi)KG5和KG1，整個(gè)M1負(fù)載由電網(wǎng)承擔(dān)，電機(jī)M1啟動(dòng)結(jié)束。

3 保護(hù)功能

1)在啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)組的所有保護(hù)由變頻系統(tǒng)完成，所設(shè)的保護(hù)有過(guò)電壓、過(guò)電流、欠電壓、缺相、變頻器過(guò)載、變頻器過(guò)熱、電機(jī)過(guò)載、輸出接地、短路等保護(hù)功能。變頻裝置設(shè)有隔離變壓器的各種保護(hù)功能。

2)在機(jī)組啟動(dòng)成功，切換到工頻后，電動(dòng)機(jī)的所有保護(hù)在高壓開(kāi)關(guān)柜上實(shí)現(xiàn)。

4 變頻軟啟動(dòng)的特點(diǎn)

1)升壓平穩(wěn)。因?yàn)樽冾l軟啟動(dòng)是電子式啟動(dòng)器，所以其升壓平穩(wěn)，能有效降低沖擊力矩，保護(hù)機(jī)械設(shè)備。

2)不會(huì)帶來(lái)電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊。因?yàn)殡姍C(jī)在從變頻器供電切換到電網(wǎng)供電的過(guò)渡過(guò)程中，變頻器一直是在滿負(fù)荷狀況下運(yùn)行，因此切換動(dòng)作不會(huì)帶來(lái)任何電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊。

3)縮短了電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。在啟動(dòng)過(guò)程中可以維持啟動(dòng)電流不變，啟動(dòng)力矩增加，有效地縮短了啟動(dòng)時(shí)間。

4)無(wú)需功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。在20%~100%的負(fù)載變化情況下功率因數(shù)達(dá)到或超過(guò)0.95。

5)無(wú)需濾波裝置。變頻器可輸出正弦電流和電壓波形，對(duì)電機(jī)沒(méi)有特殊的要求，可以使用普通的異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)不必降負(fù)荷運(yùn)行，沒(méi)有電機(jī)啟動(dòng)沖擊引起的電網(wǎng)電壓下降現(xiàn)象，可確保電機(jī)安全、長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行。

6)變頻裝置輸出波形不會(huì)引起電機(jī)諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%，可避免風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。變頻器設(shè)有共振點(diǎn)頻率跳躍功能

7)變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)有極強(qiáng)的適應(yīng)能力，在電網(wǎng)電壓依10%的變化范圍內(nèi)變頻器能滿載工作，在電壓下降25%的情況下變頻器能繼續(xù)運(yùn)行而不跳閘(降載運(yùn)行)。

8)調(diào)速范圍為0~100%連續(xù)可調(diào)。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓變頻軟啟動(dòng)裝置在大型電拖機(jī)組中的應(yīng)用，解決了用戶現(xiàn)場(chǎng)由于電網(wǎng)容量不足導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)困難、對(duì)電網(wǎng)沖擊大、影響電機(jī)壽命等問(wèn)題。在所有的啟動(dòng)方式中，變頻軟啟動(dòng)的啟動(dòng)性能是最好的，但是由于國(guó)產(chǎn)的變頻器容量有限，目前主要依賴進(jìn)口產(chǎn)品。需要說(shuō)明的是這種啟動(dòng)方式控制復(fù)雜、啟動(dòng)設(shè)備多，資金投入很高，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量大，不易維護(hù)。