TMEIC高壓變頻軟啟動(dòng)裝置在電拖軸流機組中的應用

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)機驅動(dòng)的風(fēng)機機組，是首選的機組配置模式。隨著(zhù)單機大容量風(fēng)機的設計、加工能力的提高，中、大容量的風(fēng)機在容量較小的電網(wǎng)中的啟動(dòng)問(wèn)題，以及要求電動(dòng)機有較強的啟動(dòng)能力問(wèn)題，頗受人們關(guān)注。為了避免電機直接啟動(dòng)對電網(wǎng)造成的沖擊，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，在中大型風(fēng)機的啟動(dòng)中，現在都選用變頻軟啟動(dòng)方式。

陜西鼓風(fēng)機(集團)有限公司為唐山寶業(yè)鋼鐵集團公司提供了兩套軸流風(fēng)機，拖動(dòng)電機是2臺19 000kW的異步電動(dòng)機，由于電動(dòng)機的功率比較大，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。

1 系統構成

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

本系統采用一套變頻器，通過(guò)切換可分別啟動(dòng)2臺電動(dòng)機。系統主要由變頻器進(jìn)線(xiàn)端開(kāi)關(guān)(KG1和KG2)、變頻器出線(xiàn)端開(kāi)關(guān)(KG5 和KG6)、正常運行時(shí)主開(kāi)關(guān)(KG3和KG4)、母線(xiàn)PT 柜和電機端PT 柜、升壓變壓器、變頻器及控制系統構成。通過(guò)各個(gè)開(kāi)關(guān)和變頻控制系統之間的相互聯(lián)鎖，實(shí)現電機的變頻啟動(dòng)和在線(xiàn)運行的無(wú)波動(dòng)切換。

軟啟動(dòng)系統主回路原理示意圖如圖1所示，電機M1 和M2 分別分布在母線(xiàn)玉和母線(xiàn)域上。變頻器輸入側開(kāi)關(guān)KG1和KG2對應不同的母線(xiàn)，用來(lái)切換啟動(dòng)電機。

2 風(fēng)機的啟動(dòng)原理

以啟動(dòng)電機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(zhù)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M1的轉速由0開(kāi)始逐步升至額定轉速運行。

在變頻器輸出頻率達到50 Hz以后，變頻器內部同步裝置檢測變頻器的輸入電壓、輸出電壓相位，頻率并接受并網(wǎng)開(kāi)始指令，變頻器調整其輸出參數，使之逐步達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)電機由變頻器和電網(wǎng)共同供電，然后逐步將電機的負載由變頻器供電轉移到電網(wǎng)供電上;最后變頻器斷開(kāi)KG5和KG1，整個(gè)M1負載由電網(wǎng)承擔，電機M1啟動(dòng)結束。

3 保護功能

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

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

4 變頻軟啟動(dòng)的特點(diǎn)

1)升壓平穩。因為變頻軟啟動(dòng)是電子式啟動(dòng)器，所以其升壓平穩，能有效降低沖擊力矩，保護機械設備。

2)不會(huì )帶來(lái)電流和轉矩的沖擊。因為電機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(mǎn)負荷狀況下運行，因此切換動(dòng)作不會(huì )帶來(lái)任何電流和轉矩的沖擊。

3)縮短了電機的啟動(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)需功率因數補償裝置。在20%~100%的負載變化情況下功率因數達到或超過(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，對電機沒(méi)有特殊的要求，可以使用普通的異步電動(dòng)機，電機不必降負荷運行，沒(méi)有電機啟動(dòng)沖擊引起的電網(wǎng)電壓下降現象，可確保電機安全、長(cháng)期、可靠運行。

6)變頻裝置輸出波形不會(huì )引起電機諧振，轉矩脈動(dòng)小于0.1%，可避免風(fēng)機喘振現象。變頻器設有共振點(diǎn)頻率跳躍功能

7)變頻器對電網(wǎng)電壓波動(dòng)有極強的適應能力，在電網(wǎng)電壓依10%的變化范圍內變頻器能滿(mǎn)載工作，在電壓下降25%的情況下變頻器能繼續運行而不跳閘(降載運行)。

8)調速范圍為0~100%連續可調。

5 結語(yǔ)

高壓變頻軟啟動(dòng)裝置在大型電拖機組中的應用，解決了用戶(hù)現場(chǎng)由于電網(wǎng)容量不足導致機組啟動(dòng)困難、對電網(wǎng)沖擊大、影響電機壽命等問(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，但是由于國產(chǎn)的變頻器容量有限，目前主要依賴(lài)進(jìn)口產(chǎn)品。需要說(shuō)明的是這種啟動(dòng)方式控制復雜、啟動(dòng)設備多，資金投入很高，現場(chǎng)調試工作量大，不易維護。