CN103825509A - 一种适用于大功率电机启动和运行的装置 - Google Patents

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李正福
安江辉
郭皖辉
王立忠
杨红芸
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Abstract

本发明涉及一种适用于大功率电机启动和运行的装置,包括第一主排风机驱动电机、第二主排风机驱动电机、第一高压变频器和第二高压变频器,所述第一高压变频器通过第一开关与第一母线相连,通过第二开关与第一主排风机驱动电机相连;所述第二高压变频器通过第三开关与第二母线相连,通过第四开关与第二主排风机驱动电机相连;所述第一高压变频器通过第五开关与第二母线相连;所述第二高压变频器通过第六开关与第一母线相连;所述第一母线和第二母线之间连接有联络开关和联络隔离开关。本发明能够自动控制同步电机的励磁电流实现高效运行,功率因数高、启动转矩大、运行可靠。

Description

一种适用于大功率电机启动和运行的装置
技术领域
本发明涉及大型主排电机控制技术领域,特别是涉及一种适用于大功率电机启动和运行的装置。 
背景技术
钢铁企业是耗水、耗能大户,占全国总能耗的10~11%左右。水、能源、环保已越来越成为制约钢铁企业可持续发展的关键。加快实施包括节水、节能、减污等的工艺技术是提高钢铁企业竞争力和保持可持续发展的必由之路。 
冶金企业烧结风机属于高能耗设备,风机原始调节流量、压力的方式不能随生产负荷变化而变化,而是通过改变管道风门、档板的开度来调节。采用风门(挡板)进行“机械物理限流”式的风量调节是比较传统的方式,其整体实现结构简单,投资小、成本低,但这种调节方法仅仅是改变通道的流通阻力,而驱动源的输出功率并没有改变,大量的能量消耗在管网之中,致使厂用电率增高。因此选择合适的调速方式对风机进行节能改造成为当务之急。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于大功率电机启动和运行的装置,能够自动控制同步电机的励磁电流实现高效运行,功率因数高、启动转矩大、运行可靠。 
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种适用于大功率电机启动和运行的装置,包括第一主排风机驱动电机、第二主排风机驱动电机、第一高压变频器和第二高压变频器,所述第一高压变频器通过第一开关与第一母线相连,通过第二开关与第一主排风机驱动电机相连;所述第二高压变频器通过第三开关与第二母线相连,通过第四开关与第二主排风机驱动电机相连;所述第一高压变频器通过第五开关与第二母线相连;所述第二高压变频器通过第六开关与第一母线相连;所述第一母线和第二母线之间连接有联络开关和联络隔离开关。 
所述第一高压变频器和第二高压变频器的输入侧均设有激磁涌流柜。 
所述第一高压变频器和第二高压变频器的输出侧均设有电抗器柜。 
所述第一母线的输入端设有第一馈电进线开关。 
所述第二母线的输入端设有第二馈电进线开关。 
所述第一高压变频器和第二高压变频器的输出侧之间、第一变频器与电源侧工频开关之间、以及第二变频器与电源侧工频开关之间设有非并网合闸条件下的电气与逻辑双重互锁。 
有益效果 
由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效果: 
本发明中的高压变频调速系统是直接串联于高压电源与高压电机之间的变频调速设备,以其现场改造、安装方便以及安全、良好的运行性能正快速的替代其它调速产品,全面的进入到冶金行业的节能改造项目中。利用高压变频调速技术的目的是改变设备的运行速度,以实现调节现场工况所需风压、风量的大小,大大提高了系统的自动化程度,既满足了生产要求,又达到了节约电能,并且减少了因调节挡板而造成挡板和管道的磨损以及因经常停机检修所造成的经济损失,同时使维护量大大降低,为企业带来了可观的经济效益,也切实响应了国家节能降耗的号召。 
本发明装置采用两用两备且互为备用,即系统考虑由两套高压变频器分别驱动两台高压电动机,当其中一台变频器出现故障时,正常运行的变频器可作为故障变频器所驱动电动机的软启动并将其同步投切到电网。因此,烧结机主排风机启动和运行的装置具有两台分别驱动、二拖二软启动、变频与工频同步投切的功能。由于两台高压变频器同时出故障的概率很低,因此对烧结生产具有足够的安全可靠性。 
附图说明
图1是本发明的系统单线图。 
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 
本发明的实施方式涉及一种适用于大功率电机启动和运行的装置,如图1所示,包括第一主排风机驱动电机、第二主排风机驱动电机、第一高压变频器和第二高压变频器,所述第一高压变频器通过第一开关QF101与第一母线相连,通过第二开关QF111与第一主排风机驱动电机相连;所述第二高压变频器通过第三开关QF102与第二母线相连,通过 第四开关QF211与第二主排风机驱动电机相连;所述第一高压变频器通过第五开关QF202与第二母线相连;所述第二高压变频器通过第六开关QF201与第一母线相连;所述第一母线和第二母线之间连接有联络开关QF0和联络隔离开关GN。其中,所述第一高压变频器和第二高压变频器的输入侧均设有激磁涌流柜。所述第一高压变频器和第二高压变频器的输出侧均设有激磁涌流柜。所述第一母线的输入端设有第一馈电进线开关。所述第二母线的输入端设有第二馈电进线开关。 
如图1所示,正常状态时,1#高压变频器通过开关QF101使用I段电源,由开关QF111连接1#主排风机驱动电机;2#高压变频器通过开关QF102使用II段电源,由QF211连接2#主排风机驱动电机。 
当其中一台变频设备故障时,为不影响正常生产,另一台正常运行的变频器将原先驱动的同步电机投入工频电网运行,然后驱动故障设备所在电机变频运行。切换过程中,系统自动检测调整变频器输出电源电压、频率、相位与网侧电压、频率、相位相一致,并计算合闸时机,操作峰值小于1.2In。与此同时,系统自动调节主排风机入口挡板开度与变频转速之间的关系,保持主排风机在由变频切换至工频时风道风压、风量实现平稳切换,不影响烧结线的正常生产安全。 
变频器故障排除后,能在尽量不影响正常生产的情况下,将工频运行的电动机恢复变频运行。同时,更重要的是解决了其中一台变频器故障状态下,两台大容量电动机的启动问题。 
动力系统中,高压开关电气指标:额定工作电压12kV、额定工作电流1600A、额定峰值耐受电流100kA、4秒额定短时耐受电流40kA,完全满足高压负载的电气安全要求。柜内适配温湿度报警检测系统,持续确保高压开关在长期额定电流工作条件下能够安全可靠运行。 
为保证系统安全,该系统的主要保护逻辑包括: 
变频器上口QF101(QF201)、QF102(QF202)采用变压器综合保护装置直接对变频器提供过压、过流、速断、缺相、欠压、三相不平衡等保护。 
两台变频器输出侧之间、变频器与电源侧工频开关之间,存在非并网合闸条件下的电气与逻辑双重互锁关系,避免变频器输出侧短路。 
变频器自动识别适配电动机功率,设定变频器自适应的电动机控制模型和保护参数。 
变频状态下,变频器对输出侧电动机提供过压、欠压、过流、过载、速断、缺相、接 地等完全电动机保护功能,自动切除差动保护装置。 
工频状态下,系统可自动将差动保护装置投入运行。 
另外,变频器还具备掉电20秒(此时间值可设定)内来电自启动和转速跟踪功能。当电网电压瞬间失电或电压跌落超过30%,在20秒内电源恢复正常;变频器可自动搜索跟踪电动机转速按照设定曲线恢复到停机前的运行状态。无初始化时间,保证机组安全运行不跳闸。在现场主动力电源母线段切换或电网电压闪落过程中,系统自动识别网侧电压变化,系统保护不停机,待电网电压恢复后,自动启动设备运行至给定频率值,满足现场对设备的高可靠性要求。 
该系统的二次控制回路,主要包括:系统变频手动、自动方式下的启动顺序、闭锁、联锁逻辑的切投,以及综合保护装置的切投转换等。 
在二次控制回路的设计中,主要考虑以下几个方面: 
变频器“高压合闸允许”信号,接入变频器上口高压开关QF的合闸控制回路。当选择变频方式时,只有变频器发出“高压合闸允许”信号,系统才允许高压开关合闸给设备送电。 
电动机变频侧的高压开关QF111(QF112)、QF211(QF212)的分闸状态节点接入电动机工频高压开关QF301(QF302)的差动保护装置的电源控制回路中,只有电动机处于非变频运行状态时,才投入差动保护装置。 
电动机处于非并网条件时,电动机上口的三台高压开关之间互为闭锁,保证只有一台高压开关在合闸位,避免误动、误操作。 
为确保系统的安全可靠性,系统采用分级、分段、模式识别的多重保护措施,确保保护有效不拒动、不误动、保护适当有效。该系统保护主要包括: 
变频器输入侧配备变压器综合保护装置对变频器实施保护。 
变频器输入侧配备过流、过载、接地、缺相、过电压、欠压、变压器过热保护。 
变频器输出侧配备过流、速断、过载、缺相、过电压、欠压、单元过热等保护。 
电动机中性点安装电流互感器用于工频状态下的电动机差动和综合保护。 
系统柜高压侧高压开关提供五防措施保护,高压柜体提供带电警示保护。 
该变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。变频器具有对电网谐波污染小,输入功率因数高,输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发 热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性,不必加输出滤波器,就可以适用于普通高压电动机等优势。 
不难发现,本发明通过高压变频器实现变频调速,真正意义上实现大电机的无级调速,与传统的同步电机启动方式相比,变频启动对电网的冲击几乎可以忽略不计。改变传统的风门调节风量方式,由控制频率来完成风量调节,具备调节精度高,维护简单、运行可靠、节能显著等优点。 
本发明能够减少停机,同步电机应用变频调速,使整个主抽系统更加稳定可靠,功能更加完善,如实现了“飞车”启动功能,即同步电机在旋转过程未停稳的情况下启动;使工/变频的自由切换成为可能,大大减少了停机时间。 
本发明能够节能效益,主排同步电机相对其它风机来说,有着更大的节能空间。应用变频调速,风门调节风量方式变为调节频率(转速)方式,节能效果显著,特别是对于不满负荷生产的烧结工序。 

Claims (6)

1.一种适用于大功率电机启动和运行的装置,包括第一主排风机驱动电机、第二主排风机驱动电机、第一高压变频器和第二高压变频器,其特征在于,所述第一高压变频器通过第一开关与第一母线相连,通过第二开关与第一主排风机驱动电机相连;所述第二高压变频器通过第三开关与第二母线相连,通过第四开关与第二主排风机驱动电机相连;所述第一高压变频器通过第五开关与第二母线相连;所述第二高压变频器通过第六开关与第一母线相连;所述第一母线和第二母线之间连接有联络开关和联络隔离开关。
2.根据权利要求1所述的适用于大功率电机启动和运行的装置,其特征在于,所述第一高压变频器和第二高压变频器的输入侧均设有激磁涌流柜。
3.根据权利要求1所述的适用于大功率电机启动和运行的装置,其特征在于,所述第一高压变频器和第二高压变频器的输出侧均设有电抗器柜。
4.根据权利要求1所述的适用于大功率电机启动和运行的装置,其特征在于,所述第一母线的输入端设有第一馈电进线开关。
5.根据权利要求1所述的适用于大功率电机启动和运行的装置,其特征在于,所述第二母线的输入端设有第二馈电进线开关。
6.根据权利要求1所述的适用于大功率电机启动和运行的装置,其特征在于,所述第一高压变频器和第二高压变频器的输出侧之间、第一变频器与电源侧工频开关之间、以及第二变频器与电源侧工频开关之间设有非并网合闸条件下的电气与逻辑双重互锁。
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