(蘭州寰球工程有限公司,甘肅 蘭州 730060)
隨著科技水平的發(fā)展,大型、特大型電動拖動設(shè)備在各企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用,對電動機(jī)的控制原理和技術(shù)指標(biāo)要求也越來越高,傳統(tǒng)的星-三角啟動器、變壓器-電動機(jī)啟動、電抗器降壓啟動、自藕降壓啟動等已經(jīng)無法滿足各行業(yè)的需要。高壓電機(jī)的軟啟動在近幾年得到了快速發(fā)展,控制原理也多種多樣,使設(shè)計(jì)單位和用戶單位難以選擇。基于此,該文闡述了高壓電機(jī)的軟啟動應(yīng)用,并對軟啟動過程可能出現(xiàn)的問題做幾點(diǎn)說明。
在內(nèi)蒙古家景鎂業(yè)有限公司焦化升級改造年產(chǎn)30 萬t 甲醇項(xiàng)目中,須新建10 kV 開閉所為其生產(chǎn)裝置供電。開閉所規(guī)劃12 回路,其中6 個(gè)回路主用,6 個(gè)回路備用。電源取自烏海電業(yè)局興旺110 kV 變電站10kV 側(cè)。
該項(xiàng)目共分為6 個(gè)單元,6 個(gè)單元之間無電氣聯(lián)系。其中1 單元電氣主接線為單母線接線,2~6 單元主接線單母線分段接線。每個(gè)單元均由2 路進(jìn)線,進(jìn)線均使用高壓電纜。
該項(xiàng)目共5 臺原料氣壓縮機(jī),該文以其中1 臺原料氣壓縮機(jī)的啟動為例說明,電動機(jī)型號為TZYW 5500kW 正壓型無刷勵(lì)磁同步電動機(jī),額定功率5 500 kW,額定電壓10 kV,額定電流366 A,功率因數(shù)0.9(超前),額定轉(zhuǎn)速300 r/min。
該原料壓縮機(jī)電源取自10 kV 開閉所3 單元,母線在最小運(yùn)行方式下短路電流6.63 kA,短路容量112.87 MVA。
設(shè)備資料電動機(jī)的啟動電流倍數(shù)取6,由于線路較近,啟動時(shí)線路電壓降忽略不計(jì)。
式中:Uqm—母線標(biāo)稱電壓相對值,kV。
Skm—母線短路容量,MVA。
Qfh—預(yù)接負(fù)荷的無功功率,Mvar。
Sq—啟動回路的額出輸入容量,MVA。
Sqm—電動機(jī)額定啟動容量,MVA。
Srm—電動機(jī)額定容量,MVA。
Kq—電動機(jī)啟動電流倍數(shù)。
Urm—電動機(jī)的額定電壓,kV。
Irm—電動機(jī)的額定電流,kA。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范,電動機(jī)啟動時(shí),其端子電壓應(yīng)能保證被拖動機(jī)械要求的啟動轉(zhuǎn)矩,且在配電系統(tǒng)中造成的電壓下降不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作,即電動機(jī)啟動時(shí),配電母線上的電壓應(yīng)符合下列要求。
在一般情況下,電動機(jī)頻繁啟動時(shí)不應(yīng)低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的90%。電動機(jī)不頻繁啟動時(shí),不宜低于標(biāo)稱電壓的85%,同時(shí)配電母線上未接照明或其他對電壓降敏感的負(fù)荷且電動機(jī)不頻繁啟動時(shí),不應(yīng)低于標(biāo)稱電壓的80%[1]。
為了滿足規(guī)范要求,該電機(jī)選用降壓啟動。由于采用電磁軟啟動器啟動可以降低電動機(jī)啟動電流3~4 倍的倍數(shù),該項(xiàng)目采用電磁軟啟動器并將啟動電流倍數(shù)調(diào)至3。
滿足要求電壓下降的電壓允許值的要求(該電機(jī)為不頻繁啟動)。
目前降壓啟動設(shè)備多種多樣,為了做到技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理,使用傳統(tǒng)的啟動方式在一次投資和技術(shù)上無優(yōu)勢。綜合考慮各方面的因素,該項(xiàng)目最終選用了電磁調(diào)壓軟啟動器。
嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行電磁調(diào)壓軟啟動器的控制設(shè)計(jì),有部分設(shè)計(jì)規(guī)范已領(lǐng)先于同行業(yè),例如可根據(jù)用戶需求選配觸摸屏或工控機(jī)進(jìn)行組態(tài),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該項(xiàng)目采用一拖一方式,還可實(shí)現(xiàn)一臺軟啟動器拖動同電壓等級的多臺容量不同的電動機(jī)。其中主回路由電磁調(diào)壓器及旁路運(yùn)行開關(guān)組成。
該設(shè)備將電磁調(diào)壓器原邊接于電動機(jī)定子回路,利用現(xiàn)代微電子控制和電力電子技術(shù),通過控制電路控制變壓器二次回路中的可控硅的導(dǎo)通角,調(diào)節(jié)二次電流。根據(jù)電磁感應(yīng)原理,調(diào)節(jié)控制調(diào)壓器副邊端電壓變化,從而控制調(diào)壓器原邊端電壓由高到低變化,根據(jù)串聯(lián)電路電壓分配原理,電動機(jī)端電壓從低到高呈一定規(guī)律的變化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軟啟動功能,根據(jù)電路反向控制原理,也可以實(shí)現(xiàn)軟停功能。
電路一次原理圖如圖1 所示。
圖1 一次原理圖
高壓磁控軟啟動器具有以下特性。1)額定電流大于電機(jī)的額定電流。2)可在-10℃~+45℃環(huán)境使用,不降容,不影響性能。3)裝置系統(tǒng)輸入50 Hz 的10 kV 電壓,用于電機(jī)進(jìn)行啟動。4)電機(jī)啟動電流控制在電機(jī)額定電流2.5~4 倍可調(diào),1 h 內(nèi)可連續(xù)啟動4 次。5)裝置能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離DCS(分布式控制系統(tǒng))操作,并可對其進(jìn)行遠(yuǎn)程/本地控制的切換。6)采用自然冷卻。7)具備自動旁路功能,啟動時(shí)間在10 s~60 s 可調(diào)。8)啟動方式具有聯(lián)動、手動、遠(yuǎn)控功能。聯(lián)動是在送高壓時(shí)直接運(yùn)行,手動為在軟啟動面板上啟動停止,遠(yuǎn)控功能為外部啟動或停止信號送至軟啟動裝置時(shí)控制啟停。9)具有完善的保護(hù)功能及自診斷功能,在各種事故情況下,設(shè)備的安全均能夠保證。其具備過電流、速斷、超時(shí)、過壓、欠壓、旁路打開燈等保護(hù)功能。保護(hù)的性能應(yīng)符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。10)柜面有急停按鈕。11)操作盤能進(jìn)行各種控制操作和參數(shù)設(shè)置。顯示面板具有電流、電壓、頻率、開、停、故障顯示及故障追憶等功能。12)具有計(jì)算機(jī)控制、監(jiān)視、檢測、診斷功能及相應(yīng)的軟件。13)具有1min 內(nèi)200%過載的能力。14)有高壓帶電顯示裝置,該裝置在65%額定相電壓時(shí)應(yīng)正常發(fā)光,其還具有電磁門鎖保護(hù)功能。15)主控制單元采用32 位ARM 控制系統(tǒng)為核心,具有處理精度高,響應(yīng)速度快,抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
高壓磁控軟啟動裝置包括以下幾種開關(guān)量信號和模擬量信號。1)開關(guān)量輸入:啟動(2 個(gè))、停止(3 個(gè))、急停(2 個(gè))、復(fù)位等信號,應(yīng)預(yù)留不少于5 個(gè)備用干接點(diǎn)(開關(guān)量輸入回路在硬件上采取光電隔離措施,在軟件上采取消除接點(diǎn)抖動措施,并作好接地、屏蔽等抗干擾措施,預(yù)留備用干接點(diǎn)均為可編程接點(diǎn)。2)開關(guān)量輸出:軟啟就緒(2 個(gè))、故障跳高壓柜(1 個(gè))、運(yùn)行(3 個(gè))、故障(2 個(gè))、停止(3 個(gè))等信號,應(yīng)預(yù)留不少于5 個(gè)備用干接點(diǎn)(開關(guān)量輸出模件應(yīng)具有電隔離輸出,隔離電壓≥250V,能直接啟動任何中間繼電器,預(yù)留備用干接點(diǎn)均為可編程接點(diǎn))。開關(guān)量輸入的外部接點(diǎn)和開關(guān)量輸出的內(nèi)部接點(diǎn)全部為無源接點(diǎn),開關(guān)容量為直流220 V、5 A。
在啟動過程發(fā)現(xiàn)電流過大且不能回落、開關(guān)誤動作等故障時(shí),可按”停止”按鈕緊急停車,停止啟動過程。
在啟動中未確定和排除出現(xiàn)的故障時(shí)??梢韵冉獬淮位芈?,做低壓模擬實(shí)驗(yàn),并確定故障原因。已排除后可按電磁調(diào)壓柜上的“復(fù)位”按鈕,使系統(tǒng)進(jìn)入待命狀態(tài)。
當(dāng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障停車后,應(yīng)對故障現(xiàn)象進(jìn)行分析,并確定故障原因是出自開關(guān)柜,還是軟啟動柜或者聯(lián)鎖裝置,判斷出故障后,再進(jìn)行故障修復(fù),排除故障后,可以按下電磁調(diào)壓柜上的“復(fù)位”按鈕,重新啟動電機(jī)設(shè)備。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高壓電機(jī)在化工中的使用越來越普遍,高壓電機(jī)的軟啟動有效地保障了電網(wǎng)安全運(yùn)行。軟啟動技術(shù)成為了高壓電機(jī)啟動新的發(fā)展方向,在今后的生產(chǎn)企業(yè)中都將扮演重要的角色。