CN105119551A - 基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置，包括异步电动机馈电柜，异步电动机馈电柜的输出端通过电缆连接变频软起选择柜的输入端，变频软起选择柜的输出端通过电缆连接异步电动机的主接线盒，变频软起选择柜通过电缆分别连接变频器柜及软起动柜，异步电动机的副接线盒通过电缆连接封星柜的输入端。正常运行时采用变频器控制功率大于等于2000kW的6kV或10kV异步电动机能够节省电能；变频器故障或检修时采用软起动器起动异步电动机减小了电机起动电流对电网的冲击，软起完成后退出软起动器工频运行；两种运行方式可自由选择适应不同情况，提高了异步电动机供电、控制的安全可靠性和灵活性。

Description

基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置

技术领域

本发明属于异步电动机技术改进，尤其涉及一种基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置。

背景技术

目前功率大于等于2000kW的6kV或10kV异步电动机根据工况变化，用变频器控制节省电能有较好的经济效益。但变频器是需要经常维护的控制设备，且变频器功率单元、熔断器等是易耗品，在变频器检修维护时会影响异步电动机的正常运行。在变频器检修维护时需要考虑电机工频运行，而2000kW及以上异步电动机直接起动会对电网造成较大的冲击引起电压波动，所以其需要进行软起动。如何把变频器控制和软起动器控制可靠的结合起来是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置，旨在解决上述的技术问题。

本发明是这样实现的，一种基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置，所述控制装置包括异步电动机馈电柜、变频软起选择柜、变频器柜、软起动柜、异步电动机及封星柜，所述异步电动机馈电柜的输出端通过电缆连接所述变频软起选择柜的输入端，所述变频软起选择柜的输出端通过电缆连接所述异步电动机的主接线盒，所述变频软起选择柜通过电缆分别连接所述变频器柜及软起动柜，所述异步电动机的副接线盒通过电缆连接所述封星柜的输入端。

本发明的进一步技术方案是：所述控制装置还包括PLC控制系统，用于采集开关量信号和模拟量信号，发出指令控制异步电动机馈电柜、软起动柜、变频器柜的运行。

本发明的进一步技术方案是：所述异步电动机馈电柜内设置有真空断路器QF、第一电流互感器、避雷器、接地刀开关、第一微机综合保护装置，所述真空断路器QF的输出端连接所述第一电流互感器的输入端，所述第一电流互感器的输出端分别连接所述避雷器的一端、接地刀开关的一端，所述第一微机综合保护装置的输入端分别连接所述真空断路器QF的采样端、第一电流互感器的采样端及接地刀开关的采样端，所述避雷器的另一端接地，所述接地刀开关的另一端接地。

本发明的进一步技术方案是：第一微机综合保护装置内设有电流速断保护单元、纵联差动保护单元、反时限保护单元及单相接地保护单元。

本发明的进一步技术方案是：所述变频软起选择柜内设有隔离刀开关QS2、双刀双掷开关QS11、双刀双掷开关QS12，所述双刀双掷开关QS11的第2脚经机械电气联锁连接所述双刀双掷开关QS12的第2脚，所述双刀双掷开关QS11的第1脚连接所述异步电动机馈电柜的输出端，所述双刀双掷开关QS12的第1脚连接所述异步电动机馈电柜的输出端，所述双刀双掷开关QS11的第3脚连接所述软启动柜的输入端，所述双刀双掷开关QS12的第3脚连接所述变频器柜的输入端，所述隔离刀开关QS2的一端连接所述变频器柜的输出端，所述隔离刀开关QS2的另一端连接所述异步电动机的主接线盒。

本发明的进一步技术方案是：所述软起动柜内设有主接触器KM1、旁路接触器KM2、软起动器及隔离刀开关QS1，所述主接触器KM1的一端连接所述双刀双掷开关QS11的第3脚，所述主接触器KM1的另一端分别连接旁路接触器KM2的一端及软起动器的一端，所述旁路接触器KM2的另一端与所述软起动器的另一端分别连接所述隔离刀开关QS1的一端，所述隔离刀开关QS1的另一端连接所述异步电动机的主接线盒。

本发明的进一步技术方案是：所述变频器柜内设有变压器、第二电流互感器、功率单元、控制装置及第二微机综合保护装置，所述变压器的输入端连接所述隔离刀开关QS12的第3脚，所述变压器的输出端连接所述第二电流互感器的输入端，所述第二电流互感器的输出端连接所述功率单元的输入端，所述功率单元的输出端连接输出母排的一端，所述输出母排的另一端连接所述隔离刀开关QS2的一端，所述控制装置的输出端连接所述功率单元的控制端，所述第二微机综合保护装置的输入端分别连接所述第二电流互感器的采样端及变压器高压侧的输入端。

本发明的进一步技术方案是：所述第二微机综合保护装置内设有过载保护单元、缺相保护单元、过压保护单元、过热保护单元及限流功能单元。

本发明的进一步技术方案是：所述封星柜内设有第三电流互感器和避雷器，所述第三电流互感器的输入端连接所述异步电动机的副接线盒，所述第三电流互感器的输入端连接所述避雷器的输入端，所述避雷器的输出端接地。

本发明的进一步技术方案是：所述开关量信号包括双刀双掷开关QS11、双刀双掷开关QS12、隔离刀开关QS1、隔离刀开关QS2、真空断路器QF的闭合、分断信号；软起动器自检测无故障、运行、旁路、故障联锁跳闸信号；变频器自检测无故障、运行、故障联锁跳闸信号；模拟量信号包括异步电动机变频运行电流、工频运行电流及运行频率；所述控制指令包括允许软起动、软起动、软停机、软起急停；允许变频器运行、启动变频器、停止变频器、变频器急停、预设转速给定、连续给定转速；异步电动机馈电柜允许合闸、异步电动机馈电柜联锁跳闸。

本发明的有益效果是：正常运行时采用变频器控制功率大于等于2000kW的6kV或10kV异步电动机能够节省电能；变频器故障或检修时采用用软起动器起动异步电动机减小了电机起动电流对电网的冲击，软起完成后退出软起动器工频运行；两种运行方式可自由选择适应不同情况，提高了异步电动机供电、控制的安全可靠性和灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的电动机馈电柜电气控制原理图。

具体实施方式

图1示出了本发明提供的基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置，所述控制装置包括异步电动机馈电柜、变频软起选择柜、变频器柜、软起动柜、异步电动机及封星柜，所述异步电动机馈电柜的输出端通过电缆连接所述变频软起选择柜的输入端，所述变频软起选择柜的输出端通过电缆连接所述异步电动机的主接线盒，所述变频软起选择柜通过电缆分别连接所述变频器柜及软起动柜，所述异步电动机的副接线盒通过电缆连接所述封星柜的输入端。

所述控制装置还包括PLC控制系统，用于采集开关量信号和模拟量信号，发出指令控制异步电动机馈电柜、软起动柜、变频器柜的运行。

所述异步电动机馈电柜内设置有真空断路器QF、第一电流互感器、避雷器、接地刀开关、第一微机综合保护装置，所述真空断路器QF的输出端连接所述第一电流互感器的输入端，所述第一电流互感器的输出端分别连接所述避雷器的一端、接地刀开关的一端，所述第一微机综合保护装置的输入端分别连接所述真空断路器QF的采样端、第一电流互感器的采样端及接地刀开关的采样端，所述避雷器的另一端接地，所述接地刀开关的另一端接地。

第一微机综合保护装置内设有电流速断保护单元、纵联差动保护单元、反时限保护单元及单相接地保护单元。

所述变频软起选择柜内设有隔离刀开关QS2、双刀双掷开关QS11、双刀双掷开关QS12，所述双刀双掷开关QS11的第2脚经机械电气联锁连接所述双刀双掷开关QS12的第2脚，所述双刀双掷开关QS11的第1脚连接所述异步电动机馈电柜的输出端，所述双刀双掷开关QS12的第1脚连接所述异步电动机馈电柜的输出端，所述双刀双掷开关QS11的第3脚连接所述软启动柜的输入端，所述双刀双掷开关QS12的第3脚连接所述变频器柜的输入端，所述隔离刀开关QS2的一端连接所述变频器柜的输出端，所述隔离刀开关QS2的另一端连接所述异步电动机的主接线盒。

所述软起动柜内设有主接触器KM1、旁路接触器KM2、软起动器及隔离刀开关QS1，所述主接触器KM1的一端连接所述双刀双掷开关QS11的第3脚，所述主接触器KM1的另一端分别连接旁路接触器KM2的一端及软起动器的一端，所述旁路接触器KM2的另一端与所述软起动器的另一端分别连接所述隔离刀开关QS1的一端，所述隔离刀开关QS1的另一端连接所述异步电动机的主接线盒。

所述变频器柜内设有变压器、第二电流互感器、功率单元、控制装置及第二微机综合保护装置，所述变压器的输入端连接所述隔离刀开关QS12的第3脚，所述变压器的输出端连接所述第二电流互感器的输入端，所述第二电流互感器的输出端连接所述功率单元的输入端，所述功率单元的输出端连接输出母排的一端，所述输出母排的另一端连接所述隔离刀开关QS2的一端，所述控制装置的输出端连接所述功率单元的控制端，所述第二微机综合保护装置的输入端分别连接所述第二电流互感器的采样端及变压器高压侧的输入端。

所述第二微机综合保护装置内设有过载保护单元、缺相保护单元、过压保护单元、过热保护单元及限流功能单元。

所述封星柜内设有第三电流互感器和避雷器，所述第三电流互感器的输入端连接所述异步电动机的副接线盒，所述第三电流互感器的输入端连接所述避雷器的输入端，所述避雷器的输出端接地。

所述开关量信号包括双刀双掷开关QS11、双刀双掷开关QS12、隔离刀开关QS1、隔离刀开关QS2、真空断路器QF的闭合、分断信号；软起动器自检测无故障、运行、旁路、故障联锁跳闸信号；变频器自检测无故障、运行、故障联锁跳闸信号；模拟量信号包括异步电动机变频运行电流、工频运行电流及运行频率；所述控制指令包括允许软起动、软起动、软停机、软起急停；允许变频器运行、启动变频器、停止变频器、变频器急停、预设转速给定、连续给定转速；异步电动机馈电柜允许合闸、异步电动机馈电柜联锁跳闸。

本控制技术在正常时采用变频器控制功率大于等于2000kW的6kV或10kV异步电动机运行节省电能，在变频器检修维护时通过变频软起选择柜切换到工频运行，用软起动器起动。软起动柜也设置旁路接触器，在软起动完成后软起动器退出，旁路接触器闭合异步电动机工频运行。本控制技术设置两套保护装置以适应不同的运行方式，同时通过机械联锁、电气联锁、PLC系统控制保证供电和控制的可靠性。

采用KYN28-12型户内金属铠装移开式开关设备做异步电动机馈电柜，柜内配置真空断路器QF、电流互感器、避雷器、接地刀开关、微机综合保护装置（以下称为微机综保装置1）等。微机综保装置1要求配置有电流速断保护、纵联差动保护、反时限保护、单相接地保护。异步电动机馈电柜下端用电缆连接至变频软起选择柜。变频软起选择柜配置有隔离刀开关QS2和双刀双掷开关QS11、QS12，它们之间设有机械、电气联锁，通过双刀双掷开关QS11、QS12可以选择变频运行或软起动工频运行。刀开关QS11下端用电缆连接至软起动柜，刀开关QS12下端用电缆连接至变频器柜。软起动柜配置有主接触器KM1、旁路接触器KM2、软起动器、隔离刀开关QS1。软起动前期准备要先闭合QS11、QS1，断开QS12、QS2，且软起动器自检测确认无故障后发出信号然后闭合异步电动机馈电柜真空断路器QF。软起动时先闭合主接触器KM1，然后软起动器投入工作，软起动完成后旁路接触器KM2闭合软起动器退出，异步电动机进入工频运行。变频器柜配置有变压器、功率单元、控制装置、微机综合保护装置（以下称为微机综保装置2）。微机综保装置2要求配置有过载保护、缺相保护、过压保护、过热保护、限流功能。变频器运行前期准备要先闭合QS12、QS2，断开QS11、QS1，且变频器自检测确认无故障后发出信号然后闭合异步电动机馈电柜真空断路器QF。变频运行时投入变频器，再根据PLC控制系统发出的信号以预置给定转速运行或连续变速运行。变频器柜下端用电缆连接至变频软起选择柜隔离刀开关QS2上端，软起动柜隔离刀开关QS1下端用电缆连接至变频软起选择柜隔离刀开关QS2下端，然后再用电缆连接隔离刀开关QS2下端和异步电动机主接线盒。最后从异步电动机副接线盒引出电缆接至封星柜。封星柜配置有电流互感器和避雷器，主要为纵联差动保护监测异步电动机中性点电流并实现异步电动机中性点封星。

同时本技术方案还配置有一套PLC控制系统，用于采集开关量信号和模拟量信号，同时也发出指令控制异步电动机馈电柜、软起动柜、变频器柜的运行。采集的开关量信号主要包括：QS11、QS12、QS1、QS2、QF的闭合、分断信号；软起动器自检测无故障、运行、旁路、故障联锁跳闸信号；变频器自检测无故障、运行、故障联锁跳闸信号。采集的模拟量信号主要包括：异步电动机变频运行电流、工频运行电流、运行频率等。发出的控制指令主要包括：允许软起动、软起动、软停机、软起急停；允许变频器运行、启动变频器、停止变频器、变频器急停、预设转速给定、连续给定转速；异步电动机馈电柜允许合闸、异步电动机馈电柜联锁跳闸。

（1）变频运行方式

先闭合QS12、QS2，断开QS11、QS1，PLC系统采集相关开关量信号确认QS12、QS2闭合到位，QS11、QS1分断到位且变频器自检测无故障后，会向异步电动机馈电柜发出允许合闸指令，然后闭合异步电动机馈电柜真空断路器QF。接着可以在现场操作设备或远程PLC系统发指令投入变频器。此时异步电动机馈电柜、QS12、变频器柜、QS2、异步电动机、封星柜通过电缆电气连通，异步电动机由变频器控制，可根据PLC控制系统发出的指令以预置给定转速运行或连续变速运行。

微机综合保护装置的设置：采用变频运行前需要在微机综合保护装置后台系统中退出微机综保装置1的纵联差动保护，微机综保装置1主要对馈电线路起保护作用，微机综保装置2主要对变频器和异步电动机起保护作用。采用本保护设置的原因是：变频运行时异步电动机馈电柜电流互感器检测到的电流为工频电流，封星柜电流互感器检测到的电流为变频电流，即使在异步电动机正常运行时这两个电流的数值和相位角均不一致，会导致纵联差动保护误动作。

（2）软起动工频运行方式

先闭合QS11、QS1，断开QS12、QS2，PLC系统采集相关开关量信号确认QS11、QS1闭合到位，QS12、QS2分断到位且软起动器自检测无故障后，会向异步电动机馈电柜发出允许合闸信号，然后闭合异步电动机馈电柜真空断路器QF。接着可以在现场操作设备或远程PLC系统发指令闭合主接触器KM1，投入软起动器。此时异步电动机馈电柜、QS11、KM1、软起动器、QS1、异步电动机、封星柜通过电缆电气连通，异步电动机进行软起动。软起动完成后软起动器会自动退出并发出指令闭合旁路接触器KM2。此时异步电动机馈电柜、QS11、KM1、KM2、QS1、异步电动机、封星柜通过电缆电气连通，异步电动机转为工频运行。

微机综合保护装置的设置：采用软起动器软起动异步电动机前需要在微机综合保护装置后台系统中退出微机综保装置1的反时限保护，在异步电动机软起动完成转为工频运行后再投入微机综保装置1的反时限保护。异步电动机软起动过程和软起动完成后工频运行阶段均由微机综保装置1对异步电动机进行保护。采用本保护设置的原因是：如果异步电动机软起动采用恒电流软起模式，会出现异步电动机较长时间以数倍（1-4倍）额定电流运行的情况，反时限保护会误以为电动机过载而动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于大功率异步电动机变频及软起动的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括异步电动机馈电柜、变频软起选择柜、变频器柜、软起动柜、异步电动机及封星柜，所述异步电动机馈电柜的输出端通过电缆连接所述变频软起选择柜的输入端，所述变频软起选择柜的输出端通过电缆连接所述异步电动机的主接线盒，所述变频软起选择柜通过电缆分别连接所述变频器柜及软起动柜，所述异步电动机的副接线盒通过电缆连接所述封星柜的输入端。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括PLC控制系统，用于采集开关量信号和模拟量信号，发出指令控制异步电动机馈电柜、软起动柜、变频器柜的运行。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述异步电动机馈电柜内设置有真空断路器QF、第一电流互感器、避雷器、接地刀开关、第一微机综合保护装置，所述真空断路器QF的输出端连接所述第一电流互感器的输入端，所述第一电流互感器的输出端分别连接所述避雷器的一端、接地刀开关的一端，所述第一微机综合保护装置的输入端分别连接所述真空断路器QF的采样端、第一电流互感器的采样端及接地刀开关的采样端，所述避雷器的另一端接地，所述接地刀开关的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，第一微机综合保护装置内设有电流速断保护单元、纵联差动保护单元、反时限保护单元及单相接地保护单元。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述变频软起选择柜内设有隔离刀开关QS2、双刀双掷开关QS11、双刀双掷开关QS12，所述双刀双掷开关QS11的第2脚经机械电气联锁连接所述双刀双掷开关QS12的第2脚，所述双刀双掷开关QS11的第1脚连接所述异步电动机馈电柜的输出端，所述双刀双掷开关QS12的第1脚连接所述异步电动机馈电柜的输出端，所述双刀双掷开关QS11的第3脚连接所述软启动柜的输入端，所述双刀双掷开关QS12的第3脚连接所述变频器柜的输入端，所述隔离刀开关QS2的一端连接所述变频器柜的输出端，所述隔离刀开关QS2的另一端连接所述异步电动机的主接线盒。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述软起动柜内设有主接触器KM1、旁路接触器KM2、软起动器及隔离刀开关QS1，所述主接触器KM1的一端连接所述双刀双掷开关QS11的第3脚，所述主接触器KM1的另一端分别连接旁路接触器KM2的一端及软起动器的一端，所述旁路接触器KM2的另一端与所述软起动器的另一端分别连接所述隔离刀开关QS1的一端，所述隔离刀开关QS1的另一端连接所述异步电动机的主接线盒。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述变频器柜内设有变压器、第二电流互感器、功率单元、控制装置及第二微机综合保护装置，所述变压器的输入端连接所述隔离刀开关QS12的第3脚，所述变压器的输出端连接所述第二电流互感器的输入端，所述第二电流互感器的输出端连接所述功率单元的输入端，所述功率单元的输出端连接输出母排的一端，所述输出母排的另一端连接所述隔离刀开关QS2的一端，所述控制装置的输出端连接所述功率单元的控制端，所述第二微机综合保护装置的输入端分别连接所述第二电流互感器的采样端及变压器高压侧的输入端。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第二微机综合保护装置内设有过载保护单元、缺相保护单元、过压保护单元、过热保护单元及限流功能单元。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述封星柜内设有第三电流互感器和避雷器，所述第三电流互感器的输入端连接所述异步电动机的副接线盒，所述第三电流互感器的输入端连接所述避雷器的输入端，所述避雷器的输出端接地。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述开关量信号包括双刀双掷开关QS11、双刀双掷开关QS12、隔离刀开关QS1、隔离刀开关QS2、真空断路器QF的闭合、分断信号；软起动器自检测无故障、运行、旁路、故障联锁跳闸信号；变频器自检测无故障、运行、故障联锁跳闸信号；模拟量信号包括异步电动机变频运行电流、工频运行电流及运行频率；所述控制指令包括允许软起动、软起动、软停机、软起急停；允许变频器运行、启动变频器、停止变频器、变频器急停、预设转速给定、连续给定转速；异步电动机馈电柜允许合闸、异步电动机馈电柜联锁跳闸。