TMEIC高壓變頻軟啟動裝置在電拖軸流機組中的應用

0 引言

在風量不要求有很大變化的生產(chǎn)裝置中，選用電動機驅(qū)動的風機機組，是首選的機組配置模式。隨著單機大容量風機的設計、加工能力的提高，中、大容量的風機在容量較小的電網(wǎng)中的啟動問題，以及要求電動機有較強的啟動能力問題，頗受人們關注。為了避免電機直接啟動對電網(wǎng)造成的沖擊，隨著電力電子技術的快速發(fā)展，在中大型風機的啟動中，現(xiàn)在都選用變頻軟啟動方式。

陜西鼓風機(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機，拖動電機是2臺19 000kW的異步電動機，由于電動機的功率比較大，選用了日本TMEIC公司高壓變頻軟啟動裝置來起動電機。

1 系統(tǒng)構成

變頻軟啟動是在電動機的啟動回路中，通過串接變頻器，最大限度地限制機組的啟動電流，減少啟動電流對電網(wǎng)的沖擊。電動機的啟動和同步主要是由變頻控制系統(tǒng)和外部高壓開關共同完成的。

本系統(tǒng)采用一套變頻器，通過切換可分別啟動2臺電動機。系統(tǒng)主要由變頻器進線端開關(KG1和KG2)、變頻器出線端開關(KG5 和KG6)、正常運行時主開關(KG3和KG4)、母線PT 柜和電機端PT 柜、升壓變壓器、變頻器及控制系統(tǒng)構成。通過各個開關和變頻控制系統(tǒng)之間的相互聯(lián)鎖，實現(xiàn)電機的變頻啟動和在線運行的無波動切換。

軟啟動系統(tǒng)主回路原理示意圖如圖1所示，電機M1 和M2 分別分布在母線玉和母線域上。變頻器輸入側(cè)開關KG1和KG2對應不同的母線，用來切換啟動電機。

2 風機的啟動原理

以啟動電機M1為例做一說明。

首先，合變頻器輸入開關KG1和輸出開關KG5，在接通主回路后啟動變頻器，使變頻器帶M1開始工作。隨著變頻器的輸出頻率從0 Hz 逐步升到50 Hz(啟動時間可以設定)，變頻器的輸出電壓(升壓變壓器后)從0 V開始升到10 kV，電機M1的轉(zhuǎn)速由0開始逐步升至額定轉(zhuǎn)速運行。

在變頻器輸出頻率達到50 Hz以后，變頻器內(nèi)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)開始指令，變頻器調(diào)整其輸出參數(shù)，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)開關KG3;此時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(zhuǎn)移到電網(wǎng)供電上;最后變頻器斷開KG5和KG1，整個M1負載由電網(wǎng)承擔，電機M1啟動結(jié)束。

3 保護功能

1)在啟動過程中，機組的所有保護由變頻系統(tǒng)完成，所設的保護有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機過載、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)在機組啟動成功，切換到工頻后，電動機的所有保護在高壓開關柜上實現(xiàn)。

4 變頻軟啟動的特點

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

2)不會帶來電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊。因為電機在從變頻器供電切換到電網(wǎng)供電的過渡過程中，變頻器一直是在滿負荷狀況下運行，因此切換動作不會帶來任何電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊。

3)縮短了電機的啟動時間。在啟動過程中可以維持啟動電流不變，啟動力矩增加，有效地縮短了啟動時間。

4)無需功率因數(shù)補償裝置。在20%~100%的負載變化情況下功率因數(shù)達到或超過0.95。

5)無需濾波裝置。變頻器可輸出正弦電流和電壓波形，對電機沒有特殊的要求，可以使用普通的異步電動機，電機不必降負荷運行，沒有電機啟動沖擊引起的電網(wǎng)電壓下降現(xiàn)象，可確保電機安全、長期、可靠運行。

6)變頻裝置輸出波形不會引起電機諧振，轉(zhuǎn)矩脈動小于0.1%，可避免風機喘振現(xiàn)象。變頻器設有共振點頻率跳躍功能

7)變頻器對電網(wǎng)電壓波動有極強的適應能力，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)運行而不跳閘(降載運行)。

8)調(diào)速范圍為0~100%連續(xù)可調(diào)。

5 結(jié)語

高壓變頻軟啟動裝置在大型電拖機組中的應用，解決了用戶現(xiàn)場由于電網(wǎng)容量不足導致機組啟動困難、對電網(wǎng)沖擊大、影響電機壽命等問題。在所有的啟動方式中，變頻軟啟動的啟動性能是最好的，但是由于國產(chǎn)的變頻器容量有限，目前主要依賴進口產(chǎn)品。需要說明的是這種啟動方式控制復雜、啟動設備多，資金投入很高，現(xiàn)場調(diào)試工作量大，不易維護。