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高压变频器启动过程优化
作 者:邯钢集团公司能源中心 胡培培

1 引言
变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交-直-交方式,先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一。运用变频调速可以节约能源,降低生产成本,提高生产率,改善产品质量,提高设备自动化程度。但我们在实际生产工作中发现高压变频器启动过程复杂,影响其开机因素众多,常常导致大型机组不能及时启动,严重影响正常生产,为提高高压变频器的一次启动成功率,下面笔者将结合河北某钢铁集团公司在大型鼓风机上所引用的德国西门子gl150变频器,详细阐述一下变频器启动过程中可能出现的问题及解决方法,尽可能优化高压变频器启动过程,提高一次起机成功率。

2 鼓风机系统和高压变频器gl150
2.1鼓风机系统的构成
2.1.1机组配置
机组配置如图1所示。


图1 机组配置图

鼓风机采用西安陕鼓动力股份有限公司的av90-15型轴流压缩机,设备参数如表1所示。


2.1.2鼓风机拖动系统
鼓风机拖动系统采西门子的s7-300 plc控制系统,其结构采用模块组合方式,在用户程序中,有多种类型的功能块fb,例如像开环控制块、闭环控制块、逻辑控制块、算数块、i/o控制块及通讯控制块等,每个功能块分别完成特定的控制任务,他们是用户程序的最小组态单元。将各功能块进行正确的参数化赋值及有机连接,从而组成适应各种用途的用户程序。当控制任务增加时,可自由扩展。s7-300 plc具有as-i、profibus及工业太网总线系统等多种不同通讯接口,多点接口mpi集成在cpu中,用于同时连接编程器、pc机、人机界面系统等,方便用户完成各种组态。鼓风机拖动系统示意图如图2所示。
拖动系统具体配置如表3所示。

图2 鼓风机拖动系统示意图
拖动系统具体配置如表3所示。

2.2变频器gl150的构成
gl150变频器控制采用sinamics平台,通过多功能高性能的drivecliq串行口连接,机架与电源、i/o模块及端子排安装在金属柜内。通常,这些模块具有下列类型和功能[1]:
(1)微处理器cu320是驱动系统的核心,负责控制和协调整个驱动系统中的所有模块,包括电网侧整流器、电机侧逆变器以及励磁机的控制,它具有drive-cliq接口, rs-232串口及profibus接口等。4盏led灯rdy、dp1、opt及mod会通过不同的颜色及闪烁频率来显示cu320的各种工作状态。
(2)紧凑型闪存卡用于存储程序、变频器设定值及文本文件。
(3)功率堆适配器psa作用是连接功率单元和开环/闭环控制器,使功率单元和开环/闭环控制器间形成电气隔离。数据通过drive-cliq高速串口在功率堆适配器psa和控制单元cu之间传输。
(4)晶闸管控制板tas产生触发脉冲并监视晶闸管状态,它采用编码并从控制器到变频器系统串行传输数据,接收晶闸管状态的反馈信号。
(5)通用i/o模块tm31,用于模拟量和数字量输入输出和指示。它具有8个数字输入口,4个双向数字输入输出口,2个继电器输出口,2个模拟量输入口、2个模拟量输出口,1个温度输入口和2个drive-cliq 插口。
(6)数字量i/o模块tm15具有24个双向数字输入和输出口,24盏led灯指示逻辑信号状态,同时具有2个drive-cliq 插口。
(7)电压监控模块vsm10用于监视电网侧电压(取自高压开关柜内电压互感器)。它具有drive-cliq 插口,可以输入模拟量等信号。
(8)电流电压组合系统avt用来测量传动系统电流和电压的实际值,它的主要功能是将模拟信号转换成数字信号。电流电压组合系统通过光缆与功率堆适配器串行连接。
(9)变频软启动装置中的大功率半导体器件都通过光纤触发。
(10)通过检测电机定子电压的电子传感方式来检测转子的位置和转速,而无需机械编码器。
(11)适用电压时序完成逆变器的优化控制,在整个启动过程中,触发角度紧邻逆变器稳定度的极限值,从而使变频软启动的输出得到最佳应用。
(12)dc/dc转换器用于向tm15/tm31、断路器及simatic s7提供稳定及安全的24v电压。
(13)电源采用西门子的sitop,它能够提供稳定的24v电源,具有出色的过载功能,即使较大的负载也可以轻松开启,其输出电压始终保持在120%,非常可靠。
(14)控制面板aop30安装在变频器控制柜门上,它应用了标准化的集成技术,大大简化了硬件结构并具有简单明了的人机界面。

3 gl150变频器的启动
同步电机的启动和同步是由电机控制单元mmcp控制。以1#机组启动过程为例(如图2所示),在进行完上述启动前各项检查后,由主控室dcs发出1#鼓风机请求启动命令,mmcp1在接到命令后判断主电机启动条件满足后,反馈“允许启动信号”给dcs。dcs给出主电机启动命令,mmcp1闭合断路器mbm1,然后发一个“启动”信号给主电机接口单元mmip。mmip启动它所有的辅助设施并检查是否就绪,在收到所有必要的反馈信号后,mmip闭合断路器mbc1,同时变频器控制单元sfc按照事先调整好的加速转矩曲线给电机加速,直至约95%的额定转速。从此时开始,mmcp1中的同期装置接过电机的速度控制功能并继续给电机加速至变频器输出的频率和相位与电网上的频率和相位相同。一旦电机与电网同步,同期装置立即闭合旁路主断路器mbl1,电机直接由电网拖动定速运行;同时变频器直流环节的电流将迅速降为零,逆变器的脉冲被关断,断路器mbm1断开,1#机组启动完毕。gl150变频软启动器回到备用状态,此时如果得到2#电机启动请求,同样,gl150变频软起动器将引导2#电机启动,实现“一拖二”控制方式。

4 启动过程优化
由上述鼓风机变频启动过程可以看出,高压变频器启动过程复杂,涉及到的设备众多,千头万绪,因而常常导致起机不成功,下面笔者根据平日工作经验来重点阐述一下高压变频器gl150的启动前的检查项目及发现异常时的常规排除方法,优化启动过程。
4.1启动前检查
(1)确认mbc1柜、mb1l柜、mbm1柜、pt柜断路器手车在“运行”位,选择开关打在“远方”位置;
(2)确认mbc1柜上的西门子保护装置7sj6无报警灯亮;
(3)确认变频器控制柜“报警”、“跳闸”指示灯灭,查看操作面板确认无当前故障及报警;
(4)确认同期装置(7ve61)“run”(运行)灯亮,无故障报警;
(5)确认主电机综合保护装置(7um62)“run”(运行)灯亮,无故障报警;
(6)确认保护柜mmcp1柜“报警”、“跳闸”指示灯灭,“电机停止”及“停止/ 准备”灯亮,保护柜mmcp1柜操作面板无故障及报警显示。
4.2故障排除
若在启动前进行上述项目检查时发现异常,常规排除方法为:
(1)若mbc1柜、mb1l柜、mbm1柜、pt柜断路器手车在非“运行”位,将其检查后按照倒闸操作步骤将其推至运行位,若选择开关打在非“远方”位置,将其打在“远方”位置。
(2)若mbc1柜上的西门子保护装置7sj6报警灯亮,首先应判明报警灯性质,如果是保护动作报警灯亮,则按装置右下角复归键进行复归,并对电气回路做相应检查,无问题后尝试再次启动;如果“装置故障”报警灯亮,则需要联系厂家维修。
(3)若变频器控制柜“报警”、“跳闸”指示灯亮,此时应重点查看操作面板中的当前故障及报警项,根据报警指示排除故障,并在记录下故障信息后将操作面板中当前故障及报警清除,之后尝试再次启动。
(4)若同期装置(7ve61)及主电机综合保护装置(7um62)报警灯亮,则首先记录报警信息,并尝试按复归键复归,若不能复归则说明电机或变频器出现较为严重故障,需要联系相关单位进行检查。
(5)若保护柜mmcp1柜“报警”、“跳闸”指示灯亮,则故障可能涉及多个方面,包括上述各项故障均会反映到mmcp1柜。我们应根据mmcp1操作面板指示,查找对应故障项,逐一排除,并最终确认故障,此时尝试再次起机。需要注意的是,风机处于停机状态时,mmcp柜上会有两个油流故障信息,属于正常现象,这是因为风机停机时润滑油泵没有启动,在风机开机前岗位工会启动润滑油泵,此时进行故障确认,故障会消除。

5 结束语
河北某钢铁集团公司大型鼓风机的启动过程进行上述优化后,一次启动成功率大大提高,有效保证了风机的及时启动,提高了高炉供风的可靠性。

作者简介
胡培培 (1982-) 男 助理工程师,2008年燕山大学毕业后到邯钢集团公司工作至今,当前课题及研究方向为高压变频器的应用与维护。

参考文献(略)

[我要评论] | 本文来自:2012年第4期“高压变频器”上 ,已经被阅读过77968
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