降补固态软起动装置在大型电动风机中的应用
降补固态软起动装置在大型电动风机中的
应用
电机技术
降补固态软起动装置在大型电动风机中的应用
唐志伟,杨华,唐铠,刘清忠
(新余钢铁股份有限公司第一动力厂机动科,江西新余338001)
[摘要]
几种常用的软起动方式,提出大容量电机起动方式的选择必须考虑多种因素,介绍降补固态软起动装置
的应用.
关键词大容量电机起动方式降补固态软起动
0引言
大型电机选择何种起动方式极其重要,尤其是在系统
容量有限或在同一系统中存在对电压要求严格的大型电机
时,就不可避免存在大型电机起动过程中降低起动电流,
稳定系统电压的问题.
1起动方式比较
目前电机的起动方式主要分为全压起动,降压起动,
变频起动,降补软起动,机械起动.现介绍几种常用的起
动方式.
1.1水电阻降压起动方式
水电阻降压起动就是在定子回路中串入三相水电阻,
水电阻的动极板通过传动机构控制,定子回路阻值呈无级
平滑减小,电机端电压均匀提高,从而实现整个起动过程
中电机在较小起动电流下均匀升速.
该起动方式的缺点是电机起动过程中电压高,电流
大,调整电极板非常危险;由于水电阻易受环境影响,阻
值变化大,因此起动电流不确定且不能多次起动电机;对
水质要求较高,维护不便.
1.2热变电阻降压起动方式
热变电阻降压起动方式中的电阻器具有负温度系数,
它的极板是静止不动的.电机起动后,电阻体的阻值随温
度升高而减小,使电机端电压逐步升高,实现电机的平稳
起动.
该起动方式的优点是系统功率因数高且接近恒定,母
线电压波动小,起动平稳无冲击,静态变阻,安全可靠,
免维护.
该起动方式的缺点是环境温度对起动特性的影响大,
要求机械和电力系统能够容忍.
1.3降补固态软起动方式
降补固态软起动方式适用于大中型高压鼠笼交流异步
电机或异步起动的高压同步电机.
该起动方式的优点是起动电流小且恒定,起动转矩大
收稿日期:2011一O7一O8
作者简介:唐志伟,工程师,从事电气高低压管理工作.
321www.chinaetnetl电工技术
且逐步增加,不受环境温度变化的影响,对电网影响小,
无电磁干扰;较高压变频软起动方式具有操作简单,免维
护,无谐波污染等优势.
该起动方式的缺点是对电网容量有一定要求,控制较
复杂.
1.4高压变频软起动装置
电机起动过程中,高压变频软起动装置输出频率从
OHz(同步起动)或5Hz(异步起动)逐步升到50Hz,电机转
速从0逐步升到额定转速,起动电流控制在额定电流的
5O以内,加速时间可通过改变厂曲线斜率调整.
该起动方式相对于其它软起动方式具有明显的技术先
进性,但成本高.
2大容量电机起动方式的选择
一
般冶金,化工,石油行业的电网容量有限,往往无
法承受大容量电机起动时的冲击,因此在这些行业里,选
择大容量电机软起动方式时首先要考虑电网容量,其次是
电机起动频率,再次是投资成本和环境等.下面以某钢铁
公司热电车间的19MW电动风机为例,讨论电机起动方式
的选择.这台电动风机所在的电网如图1所示.
0kV
YjV?8.7,1OkV
3xflX400)
/=07km
19000kW30o0w发电机
电动风机6=2.062kA
6k~系统断路器开断电流为315kA
lOkV系统断路器开断电流为40kA
图119Mw电动风机供电系统图
根据工艺要求,该钢铁公司的#6炉至#10炉风机出
现故障或检修时,由19MW电动风机供风,因此这台备用
电动风机需频繁起动.
该风机电机额定功率为19O00kW;额定电压为
电机技术
1OkV;额定电流为1254A;额定转速为1480r/min;起
动电流倍数为3.86;额定频率为50Hz;起动转矩倍数为
0.48;最大转矩倍数为1.73;电机飞轮矩(或转动惯量
GDz)为1493kg?m2.
该风机电机负载类型为轴流压缩机;负载飞轮矩(或
转动惯量GD2)为27000kg?m2;静阻转矩为7000N?
m;空载转矩为25000N?m.
由图1可知电网的容量不足以承受此台风机的起动冲
击,因此必须选择合适的软起动方式限制冲击.由于该钢
铁公司地处南方,气候潮湿,温差较大,不应选择对环境
要求较高的水电阻,热变电阻等起动方式,而变频起动方
式成本高且起动时的谐波会影响电网,因此最终选用降补
固态软起动方式.
3降补固态软起动装置原理
降补固态软起动装置一次原理图如图2所示.降补固
态软起动装置包含1套无功发生器,1套无功控制器,1
台降压器,1台降压控制器,1台软起连接柜,1台软起起
动柜,1台电机运行高压柜.
I用途高压软起软起降压无功无功运行柜起动柜连接柜降压器控制器控制器发生器
——
坎
方每幸
案
串=譬#
电
机
图2降补固态软起动装置一次原理图
3.1无功发生器工作原理
由于大容量电机在起动过程中消耗大量无功(大容量
电机起动过程中功率因数可低至0.1以下)会引起电网电
压的波动,因此在电机机端并联一个无功发生器来提供电
机起动过程中所需的无功功率,以降低起动电流,减小大
容量电机在起动过程中对电网的冲击.电动风机起动电流
矢量图如图3所示,Ja为电机电流,为无功发生器电
流,两者的矢量合成电流为,即从电网吸收的电流.
,———————————————————’
,d
图3电动风机起动电流矢量图
由图3可知,无功发生器提供无功电流后,电动风机
从系统吸收的电流明显减少.无功发生器的主要作用是在
电机起动过程中产生合适的无功功率提供给电机.无功发
生器由油浸式电容组成,全封闭在箱体内,通过引出线并
联在电机机端上,如图4所示.
3.2无功控制器工作原理
无功发生器根据需要分成几组,由无功控制器进行适
时分组投切.无功控制器与无功发生器配合组成无功控制
系统,适时提供合理的无功量;同时,无功控制器的PLC
又是整个软起动系统的核心,控制着降压控制器,联络
柜,起动柜,运行柜的投切.
图4降补软起动装置原理图
无功控制器起动初始,无功控制器的PLC检测起动
指令以及起动柜,联接柜,降压控制器等的断路器状态,
并根据情况发出无功控制器合闸指令.
3.3降压器以及降压控制器工作原理
降压器是一台自耦变压器,主要起着稳定系统电压,
控制电机起动端电压,限制电机起动电流的作用.降压器
的输出电流为电机全压直接起动电流的k(志为降压器变
比,愚<1)倍.
降压控制器的主要作用是在电机起动过程中消除切换
过程产生的过电压.当起动电流小于设定值后,降压控制
器分开降压变的星点投入水电阻.
3.4软起连接柜以及软起起动柜工作原理
软起连接柜及软起起动柜仅在电机起动时运行.在高压
运行柜合闸后,电机全压运行时,软起连接柜和软起起动柜
中的断路器断开,切除整个软起动回路,使之脱离电网.
3.5工作流程
降补固态软起动装置工作过程如图5所示.
无功控制器检测状态
合闸指令
运行柜分闸允许
起动指令L+起动柜分闸允许H无功发器器组投八H磊要降压控制器分闸允许
自控允许
无功控制器检测状态一……..
.{降压控制器合闸短接水电阻H菇零一H连接柜台闸卜—————+l降压控制器台闸l
无功控制器检测状态无功控制器检测状态
l无功发生器N组投入llN组电压继电器动作l幅匦压叵亘卜—
l连接柜合闸Il功发生器l
;什I自I??无功控制器检测状态/L-WJ,芏j1棚
起动柜合闸
切舂发H苔一H罄卜连接柜合闸降压控制器合闸r———
无功控制器分闸
机端电压大于设定值
机端电流小于设定值
外部自控允许
运行柜合闸H詈嚣葬H起动完成l内部PLC允许
图5降补固态软起动装置工作过程图
(下转第51页)
电工技术f2011f12期f33
正的系统故障.因为一旦系统发生故障,保护的
会显
示故障前后采样到的电流录波,而该线路保护也应有相关
的动作报告,但故障录波报告无法打印出来.保护动作原
因如下.
(1)外因分析.
零序保护插件经过近l2年的运行,元器件都更换
过.元器件在包装,邮寄过程中,包括BG4在内的三极管
受到挤压,BG4三极管的C管脚虽受到拉力,但气温变化
不大,没有出现管脚断裂情况,所以故障没出现.但故障
日气温骤降至0~C,拉力进一步加大,造成c管脚断开且
与e脚搭连,进而发生故障.零序保护CPU的自检功能
发现元器件故障,便发出告警信号,呼唤打印.
这一过程是跳闸在前,自检在后.如果是自检在前,
那么自检告警后AXJN触点将断开e管脚与电源+24V端
的联系,闭锁跳闸回路,该套保护装置不会跳闸.
零序保护开出回路动作区别于经过零序保护程序判别
后出口.因故障发生时没有电流突变量,故不会进入零序
保护故障处理程序,即不会经过距离和零序保护程序判
别,因此没有产生距离,零序保护的动作报文.这与故障
发生当日没有报文的事实相符.
(2)出口回路缺少”三取二”回路的闭锁作用.
第一代微机保护的出口回路采用”三取二”方式,即
高频,距离,零序三个保护中任意2个保护同时出口,才
开放出口回路跳闸.但是,该套保护装置只有距离,零序
保护,缺少有效的闭锁,因此只要距离,零序保护中的一
个启动或内部元器件损坏都有可能开放出口回路,增加了
保护误动几率.
(3)稳压电源老化.
在零序保护CPU的保护跳闸,异常告警情况下,电
源的负荷较大,而老化的稳压电源满足不了较大的功率输
出,造成液晶显示器不显示.
ZSC一45三相一次重合闸装置的稳压电源NWY-4插件
的运行灯不指示也可能是由稳压电源严重老化,没有低电
压输出导致,所以要对其进行维修或更换.
综上所述,零序保护出口是由保护装置零序保护cPU
线路板上的BG4三极管管脚断开,C,e管脚短接,开出
回路直接驱动TBCK],且保护出口回路未采用”三取
二”方式,缺少有效的闭锁引起的.
4建议
为避免类似事故的发生,提出如下建议:
(1)必须严把产品质量关,包括后期更换的备件.此
次保护装置动作就是因零序保护CPU板上t3(34的C管脚
被挤压损坏引起的.
(2)定期检查保护装置,并定期维护CPU,稳压电源
等重要插件.
参考文献
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1999
(编辑彭湃)
(上接第33页)
4电机起动中的技术要求
电机起动中,需满足以下技术要求:
(1)ll0kV母线电流不大于1.5倍电机额定电流;
10kV母线电压不低于8800V;电机起动时间短于60s.
(2)无功发生器为2组,机端电压为6800V时切除I
组,机端电压为7900V时切除I1组.
(3)机端电流降至1200A时分开降压变星点投入水电
阻,运行柜,分断起动柜,连接柜.
5电机实际起动状况
电机实际起动状况如下:
(1)电机机端初始起动电流为3300A,系统母线电流
为2300A.ll0kV母线电流为电机额定电流的1.8倍,超
过了要求,经分析认为是由10kV母线电压达了11kV引
起的.
(2)无功控制器分别在机端电压为6800V,7900V时
切除I,II组无功发生器.
(3)机端电流下降为1200A时,降压控制器投入了水
电阻,运行柜,分断起动柜,连接柜.
(4)起动时间大约在33s内.
(5)此台电动风机起动频繁,最多时为1天2次,均
起动成功.
(编辑杨正君)
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