時(shí)間:2011-11-14 15:20:23來(lái)源:gengwt
引言:
我國(guó)低壓軟起動(dòng)器(400V)目前有一百多家制造廠,高壓軟起動(dòng)器(3kV、6kV、10kV)亦有十多家制造廠,然而高壓大功率(幾千瓦至幾萬(wàn)千瓦)制造廠屈指可數(shù)了。我公司因客戶需要于2010年四季度試制成功首臺(tái)10kV20000kW高壓大功率軟起動(dòng)器,已交用戶,不久投入運(yùn)行。
0引言
我公司首臺(tái)10kV20000kW固態(tài)軟起動(dòng)器,經(jīng)半年來(lái)從設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試已進(jìn)入完工階段,不久可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,就可投入運(yùn)行了。這樣高電壓大功率的軟起動(dòng)器,對(duì)我公司還是首次。
1軟起動(dòng)器的用途
近年來(lái)軟起動(dòng)器使用面不斷的擴(kuò)大,對(duì)類似大型風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、攪拌機(jī)、球磨機(jī)等在使用過(guò)程中,由于生產(chǎn)工藝決定,既不要調(diào)速,又不要節(jié)能,但必須用軟起動(dòng)器的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng),所以各制造單位就應(yīng)運(yùn)而生,業(yè)務(wù)亦不斷地?cái)U(kuò)大。我公司亦在其中,毫不例外,除了銷售量遞增外,品種要求在不斷提升,功率亦在不斷增大,前景十分美好。
當(dāng)有下列情況時(shí)必須使用軟起動(dòng)器:
?。?)正常運(yùn)行不具有調(diào)速和節(jié)能的要求;
?。?)電動(dòng)機(jī)功率大,在起動(dòng)時(shí)造成主變壓器的輸出電壓降≥10%UN;
(3)設(shè)備不允許受沖擊,否則對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良后果;
?。?)設(shè)備或負(fù)載工況條件不允許直接起動(dòng)或其它方式起動(dòng);
?。?)中大功率電動(dòng)機(jī),起動(dòng)過(guò)程能量損失可觀,需要減?。?/p>
2電子式智能軟起動(dòng)器
隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了一系列電子式軟起動(dòng)器,其原理圖如圖1所示。(為低壓380V的原理框圖,當(dāng)電壓1-10kV時(shí),只是主電路連接有變化,其它類同。)
圖1電子式軟起動(dòng)器原理
圖1中各環(huán)節(jié)分析如下:
?。?)主電路一般都采用晶閘管(SCR)調(diào)壓電路。調(diào)壓電路由6只晶閘管組成,每相2只反并聯(lián),串接于電動(dòng)機(jī)供電線路上。當(dāng)軟起動(dòng)器的微處理器CPU控制系統(tǒng)接到起動(dòng)指令后,便按軟件程序進(jìn)行計(jì)算,輸出晶閘管的觸發(fā)信號(hào),通過(guò)控制導(dǎo)通角使軟起動(dòng)器按選用起動(dòng)模式調(diào)節(jié)輸出電壓(或電流),實(shí)施被控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)完畢后,旁路接觸器吸合,短路所有晶閘管使電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行,投入正常工作狀態(tài)。
(2)驅(qū)動(dòng)電路是由CPU的輸出信號(hào),控制分配電路輸出脈沖信號(hào),控制6只晶閘管,以改變導(dǎo)通角方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓(或電流)。
(3)微處理器CPU:可采用80C196MC電動(dòng)機(jī)專用控制芯片,晶體振蕩頻率為12MHz,軟件自制研制開(kāi)發(fā)的。
?。?)電壓檢測(cè):實(shí)時(shí)測(cè)電壓,并提供電壓的信號(hào)。
?。?)電流檢測(cè):實(shí)時(shí)側(cè)電流,并提供電流信號(hào)。
(6)鍵盤、顯示器:6個(gè)按鍵以便面板操作,2x16LCD,顯示有8個(gè)狀態(tài)信號(hào)燈。
?。?)通信接口:具有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C、RS-485串行接口,支持Modbus或Profibus-DP協(xié)議,可與上位機(jī)相連,并可遙控、遙測(cè)、狀態(tài)顯示等。
3軟起動(dòng)控制模式
?。?)限流起動(dòng)見(jiàn)圖2(a)
限流起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值(Im)。主要用在輕載的減壓起動(dòng),并保持輸出電流≤Im條件下,逐漸升高電壓直到額定電壓(UN)。使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速漸升直到額定轉(zhuǎn)速(nN)。優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小且可調(diào),對(duì)電網(wǎng)電壓影響??;缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)難以知道啟動(dòng)電壓,起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。
?。?)電壓斜坡起動(dòng)見(jiàn)圖2(b)
電壓斜坡上升可一級(jí)或兩級(jí),或是均勻無(wú)級(jí)的,可用在中載或重載起動(dòng)機(jī)的。缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,轉(zhuǎn)速呈拋物線上升,起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。
(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)見(jiàn)圖2(c)
主要適用于重載,轉(zhuǎn)矩線性上升。特點(diǎn)是起動(dòng)平滑、柔性好。但起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。
?。?)轉(zhuǎn)矩突加起動(dòng)見(jiàn)圖2(d)
適用于重載大慣量負(fù)載。轉(zhuǎn)矩突加先克服靜轉(zhuǎn)矩,再平滑上升,以縮短起動(dòng)時(shí)間。轉(zhuǎn)矩突加有沖擊,選值要適當(dāng)。
?。?)電壓控制起動(dòng)見(jiàn)圖2(e)
適用于輕載,在保證壓降前提下,能獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。盡可能縮短起動(dòng)時(shí)間,對(duì)輕載軟起動(dòng)是最優(yōu)的。
圖2各種軟起動(dòng)器波形圖
4停車方式
?。?)自由停車:停車時(shí)間長(zhǎng)。
?。?)軟停車:消除拖動(dòng)系統(tǒng)的反慣性沖擊,即水錘效應(yīng),對(duì)水泵尤為重要。
(3)制動(dòng)停車:能快速停止,替代反接制動(dòng)——用直流制動(dòng)。
5高壓軟動(dòng)器原理框圖
圖3高壓軟動(dòng)器原理框圖
6操作面板及觸摸屏
HPMV-DN操作面板,操作方便,可以快速、持續(xù)進(jìn)行監(jiān)控,良好的可讀性,菜單設(shè)計(jì),維護(hù)便捷。根據(jù)具體應(yīng)用,最主要的參數(shù)在出廠前已預(yù)設(shè)好。個(gè)別參數(shù),客戶可以通過(guò)良好的用戶操作面板很容易的進(jìn)行設(shè)置。
操作面板上安裝有:
·LCD-顯示器
·兩行顯示,每行可背光顯示16個(gè)字符
·默認(rèn)語(yǔ)言:中文(英語(yǔ))、德語(yǔ)、法語(yǔ)、西班牙語(yǔ)
·8個(gè)LED快速狀態(tài)顯示
·6個(gè)按鍵,菜單設(shè)置,內(nèi)置出廠參數(shù)
圖4操作面板
界面功能
·工作電流及曲線
·工作電壓
·工作狀態(tài)指示及綜合信息
·故障顯示及查詢
·起停及復(fù)位操作
·歷史信息查詢
圖5功能界面
7HPMV起動(dòng)器組成
軟起動(dòng)器由兩大部分組成:
?。?)高壓部分:高壓器件在高壓內(nèi)艙,主要包括高壓晶閘管組件,EVT-TX(電壓信號(hào)發(fā)送器),電流互感器,觸發(fā)板,旁路開(kāi)關(guān)等。
高壓艙見(jiàn)圖7,在柜體的后部。將前門和低壓艙開(kāi)啟后,有一透明有機(jī)玻璃防護(hù)板,透過(guò)此板可見(jiàn)高壓器件。柜體后門采用螺栓固定,松開(kāi)螺栓后移開(kāi)柜門就可見(jiàn)高壓器件。
?。?)低壓部分:低壓器件在低壓艙內(nèi),主要包括主控電路。EVT-RX(電壓信號(hào)接收器),信號(hào)變換器,設(shè)置單元,輸入輸出單元,電源等。
低壓艙見(jiàn)圖6、7,在柜體的前部,將前門開(kāi)啟后,可見(jiàn)低壓艙室。低壓艙與高壓部分采取了安全隔離措施,調(diào)試時(shí)高壓帶電時(shí)可開(kāi)啟低壓艙門,工作期間不要開(kāi)啟艙門!
對(duì)本產(chǎn)品分三個(gè)柜體:高壓進(jìn)線柜,控制器件柜,高壓旁路柜。
圖6主控制器室圖
圖7開(kāi)啟的低壓艙室(后倉(cāng)高壓)
810kV20000kW固態(tài)軟起動(dòng)器技術(shù)亮點(diǎn)
圖8高壓晶閘管串聯(lián)組件
1)對(duì)10kV20000kW的高壓大功率軟起動(dòng)器來(lái)說(shuō),它的主電路必須采用多個(gè)SCR串聯(lián)以提高使用電壓,多個(gè)SCR并聯(lián)以提高運(yùn)行電流,經(jīng)研究計(jì)算,我公司選用每相二組,每組五個(gè)串聯(lián)SCR,二組反向并聯(lián)方式,選用器件是國(guó)內(nèi)一流廠商提供的。每個(gè)SCR的常態(tài)工作電壓UDSM=6500V,平均電流IT(AV)=3460A,見(jiàn)圖8所示,經(jīng)這樣的方式處理后能滿足靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的電壓和電流的要求,并經(jīng)對(duì)方認(rèn)可的,所以可放心的投入運(yùn)行,產(chǎn)品質(zhì)量符合德國(guó)ABB公司的技術(shù)條件,一組5個(gè)SCR,一相10個(gè)SCR,三相共30個(gè)SCR。
2)電子器件既要考慮靜態(tài),又要考慮動(dòng)態(tài),才能滿足正常的使用要求,兩者缺一不可的,經(jīng)計(jì)算獲得電壓的過(guò)壓能力是3.25倍,電流的過(guò)載能力是2.34倍,并經(jīng)對(duì)方認(rèn)可,靜態(tài)和動(dòng)態(tài)滿足使用要求的,所以可放心的投入運(yùn)行。
3)由于每組有5個(gè)SCR相串聯(lián)必須考慮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}見(jiàn)圖8所示,此圖中RP是靜態(tài)均壓電阻,R0C0是動(dòng)態(tài)均壓阻容積分吸收電路,取適當(dāng)值后可解決靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的均壓?jiǎn)栴}。
4)信號(hào)同步觸發(fā)對(duì)串聯(lián)SCR是個(gè)重要問(wèn)題,即5個(gè)SCR要同時(shí)觸發(fā),否則早觸發(fā)的SCR造成晚導(dǎo)通的SCR過(guò)電壓,嚴(yán)重時(shí)有電擊穿的可能性,因此,觸發(fā)信號(hào)要同步。按以往經(jīng)驗(yàn),采取一個(gè)脈沖源,經(jīng)多路光纖傳導(dǎo),共5個(gè)SCR的G極需要,其時(shí)差在µs量級(jí),滿足使用要求的。同時(shí)增大觸發(fā)時(shí)的電流及di/dt也有助于觸發(fā)同步。
5)在電壓采樣環(huán)節(jié)采用電子電壓變送器EVT-TX(發(fā)送)和EVT-RX(接收)二部件組成信號(hào)以光纖方式傳送,目的是高低壓隔離為安全,防止干擾,信號(hào)穩(wěn)定,可一定距離的輸出三相120V,采樣速率10kps,線性度好,精度高,無(wú)移相。
6)電動(dòng)機(jī)一相對(duì)地絕緣監(jiān)測(cè)儀是在離線狀態(tài)下,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè),并顯示絕緣電阻值大小,當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí),會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示,并自動(dòng)記錄以備查閱,量程60MΩ,是高壓大功率的電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻值監(jiān)護(hù)好幫手,可供用戶使用。
7)進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)選用高壓真空斷路器,旁路開(kāi)關(guān)選用高壓真空接觸器,都是永磁操作機(jī)構(gòu),工作可靠性高達(dá)10萬(wàn)次,是國(guó)內(nèi)名牌一流產(chǎn)品提供用戶的。
8)箱體是防銹鋼板制成的,寬敞的進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)出口及風(fēng)道,提供足夠散熱條件,使元器件溫升在允許值之內(nèi),保證安全、可靠地運(yùn)行。
9)目前公司內(nèi)尚未建成電機(jī)測(cè)試基地,尤其是高壓大功率的電動(dòng)機(jī)。但中小功率電動(dòng)機(jī)測(cè)試室早已投入工作,雖然這樣,我們對(duì)10kV20000kW軟起動(dòng)器亦仍然做了低電壓大電流的負(fù)載試驗(yàn),在有關(guān)測(cè)試參數(shù)合格的前提下,才轉(zhuǎn)送給用戶的。
10)為防止使用場(chǎng)地的環(huán)境過(guò)濕過(guò)潮,要影響高壓軟起動(dòng)柜內(nèi)電氣元器件,在用戶有必要可裝置露凝控制器及電加熱器,可供用戶選取。
總之,以上10點(diǎn)是我公司生產(chǎn)的10kV20000kW軟起動(dòng)器的技術(shù)上亮點(diǎn),再有近10年的軟起動(dòng)器生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的成熟條件。所以說(shuō)和平軟起動(dòng)器已經(jīng)達(dá)到“國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,與國(guó)外一流并進(jìn)”語(yǔ)不過(guò)言吧!
9保護(hù)功能齊全
故障描述 |
起動(dòng)時(shí)有效 |
運(yùn)行時(shí)有效 |
軟停時(shí)有效 |
缺相保護(hù):當(dāng)任意一相缺失時(shí),跳閘保護(hù) |
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√ |
相序保護(hù):當(dāng)接線相序錯(cuò)誤時(shí),跳閘保護(hù) |
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接線錯(cuò)保護(hù):當(dāng)電機(jī)未接到起動(dòng)器上或電機(jī)內(nèi)部開(kāi)路,跳閘保護(hù) |
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√ |
過(guò)壓保護(hù):主電壓上升大于110~125%額定電壓時(shí),保護(hù)功能延遲1~10S(可調(diào)),跳閘保護(hù) |
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欠壓保護(hù): 當(dāng)電網(wǎng)低于額定電壓65%時(shí),時(shí)間延遲1~10S(可設(shè)置),跳閘保護(hù) |
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√ |
過(guò)流保護(hù):5倍額定電流1~10S斷開(kāi)(可設(shè)置),8.5倍額定電流,一個(gè)周波斷開(kāi) |
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√ |
過(guò)載保護(hù):運(yùn)行中,110~150%額定電流,累計(jì)熱負(fù)荷過(guò)載時(shí),1~10S斷開(kāi)(可設(shè)置) |
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欠流保護(hù):運(yùn)行中,當(dāng)主電流下降低于20~90%額定電流時(shí)(可設(shè)置),時(shí)間延遲1~40S(可設(shè)置),跳閘保護(hù) |
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√ |
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電流不平衡保護(hù):主回路電流不平衡差額超過(guò)設(shè)定數(shù)值(10~100%可調(diào)),延時(shí)動(dòng)作時(shí)間后(1~60S可調(diào)),跳閘保護(hù) |
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接地電流保護(hù):當(dāng)接地電流超過(guò)設(shè)定數(shù)值(10~100%可調(diào)),延時(shí)動(dòng)作時(shí)間后(1~60S可調(diào)),跳閘保護(hù) |
√ |
√ |
√ |
過(guò)溫保護(hù):當(dāng)晶閘管散熱器溫度超過(guò)85℃時(shí),跳閘保護(hù) |
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晶閘管短路保護(hù):任一(或多只)晶閘管短路, 保護(hù) |
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起動(dòng)超時(shí)保護(hù):在設(shè)置的最長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間內(nèi),電動(dòng)機(jī)仍未達(dá)到全速,跳閘保護(hù) |
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起動(dòng)間隔:在“起動(dòng)過(guò)頻”指示后,禁止起動(dòng)時(shí)間在1~60min內(nèi)(可設(shè)置),限制再起動(dòng) |
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旁路故障保護(hù):電動(dòng)機(jī)起動(dòng)加速后無(wú)法切換至旁路,跳閘保護(hù) |
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√ |
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外部故障保護(hù):可通過(guò)若干接點(diǎn)輸入外部故障信號(hào)進(jìn)行跳閘保護(hù) |
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√ |
√ |
10性能及參數(shù)
1)控制模式:突跳起動(dòng)、電壓斜坡、恒流、轉(zhuǎn)速控制(選配)。
2)起動(dòng)方式:軟起、直起、軟停、自由停止。
3)操作方式:本柜、外控、通訊遙控(選配)。
4)通訊方式:RS-485接口,Modbus協(xié)議或其他(選配)。
5)模擬輸出:電機(jī)工作電流,信號(hào)為0-10V或4-20mA。
6)初始電壓:10%~50%Un(可擴(kuò)展為5%~80%Un)。
7)限流倍數(shù):100%~400%In(可擴(kuò)展到400%In)。
8)起動(dòng)、停止時(shí)間1~30S(可擴(kuò)展到90S)。
9)起動(dòng)突跳:電流,70%-700%In(突跳時(shí)間0~10S時(shí))。
10)參數(shù)設(shè)置:1—控制面板按鍵,2—后臺(tái)通訊設(shè)置。
11)液晶顯示:工作電流、起動(dòng)次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間及故障信息等參數(shù),默認(rèn)語(yǔ)言:中文、英文、德、法、西班牙。
12)噪音:<80db
13)連續(xù)起動(dòng)間隔:在環(huán)境溫度大于40℃,起動(dòng)電流大于400%In時(shí),間隔不小于30分鐘。當(dāng)溫度較低和軟起動(dòng)電流相對(duì)較小時(shí),可適當(dāng)減小間隔,但至少為15分鐘。
14)冷卻方式:自然冷卻。
15)操作電源:AC220V/50Hz600VA(特殊要求需另提出)。
16)主回路工頻耐壓:42kV/1分鐘。
17)保護(hù)模式:復(fù)合。
18)防護(hù)等級(jí):IP42(有特殊要求時(shí)可選IP45)。
結(jié)束語(yǔ):
通過(guò)本文10節(jié)的介紹,已將有關(guān)高壓大功率軟起動(dòng)器從原理、構(gòu)成、特點(diǎn)、使用各方面進(jìn)行論述,從文中可得知較為全面系統(tǒng)的技術(shù)知識(shí)和內(nèi)情了解,為廣大讀者和業(yè)界人士踏進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域作個(gè)指引。
作者:張選正——高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)索肯和平(上海)電氣有限公司研發(fā)所
上海市寶山區(qū)滬太路8017號(hào)201908電話:15021206386
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