CN112117936B - Tcs降补固态软起动装置的起动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，所述起动控制方法根据电机仿真模型的仿真结果计算出系统短路容量的调整值以及成功起动时的起动电流、母线压降及起动时间的预测值，根据调整值以及预测值调整电机仿真模型的各项参数，最终实现仿真的成功起动，继而可将现场系统短路容量、降压器档位以及负载特性调整到与仿真参数一致，此时控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动，便可实现TCS降补固态软起动装置的一次顺利起动。

Description

TCS降补固态软起动装置的起动控制方法

技术领域

本发明涉及降补固态软起动技术领域，尤其涉及一种TCS降补固态软起动装置的起动控制方法。

背景技术

电机在起动过程中功率因数非常低，使得电机在起动过程中将消耗电网大量的无功，因此电机直接起动时起动电流通常为电机额定电流的6～7倍，大量无功功率的消耗会引起电网电压的下降，如果起动过程中电网压降过大，将对电网中其他设备的正常使用造成严重影响。TCS降补固态软起动装置用于实现电机的软起动，主要包括降压器、无功发生器、降压控制柜及无功控制柜，电机及无功发生器并联回路经降压器接入电网，通过无功发生器提供电机消耗的部分无功功率来降低起动电流，通过降低机端电压的方式减小母线电流。

目前，只要用户提供的电网、电机、负载参数准确，就可以做到TCS降补固态软起动装置的精确选型，能保证现场的顺利起动。但实际情况是往往现场工况复杂多变，有很多用户甚至连自己都不确定电网、电机、负载情况到底是什么样的状态，这就导致TCS降补固态软起动装置在调试初期(或者是后期使用中)可能会出现几次反复带载开机起动的情况，以便找到最佳的起动参数匹配，无法实现一次顺利起动。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，以解决TCS降补固态软起动装置无法实现一次顺利起动的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，包括：

获取电网参数、电机参数及负载参数并上传至云服务器，将电网参数、电机参数及负载参数与设备编号对应，根据电网参数、电机参数及负载参数建立电机仿真模型；

获取空电机起动的历史数据并上传至云服务器，云服务器通过设备编号读取设备编号对应的空电机起动的历史数据，并调整电机仿真模型的各个参数进行仿真计算，确定电机参数与系统短路容量的真实值，判断电机参数与系统短路容量的真实值是否符合图纸设计值；

云服务器根据电机仿真模型的仿真结果判断电机能否成功起动，若是则控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动，否则给出系统短路容量的调整值以及成功起动时的起动电流、母线压降及起动时间的预测值，根据所述调整值和预测值控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动。

可选的，所述TCS降补固态软起动装置包括降压器、无功发生器、降压控制柜及无功控制柜，所述起动控制方法还包括：

将第一次轻载起动的数据上传至云服务器，云服务器分析电网、电机及负载特性；

若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量；

控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动，并确保起动成功。

可选的，所述若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量，包括：

若电网母线压降偏大，则增加系统短路容量或抬高降压器档位或检查负载风门开度是否在规定范围或增大无功切除电压设定值。

可选的，所述若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量，包括：

若电机起动电流偏大，则降低降压器档位或增大无功切除电压设定值。

可选的，无功控制柜内具有放电线圈，若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量之后，控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动之前，所述起动控制方法还包括：

第一次轻载起动及无功发生器退出运行后，控制无功控制柜内的放电线圈主动投入以对无功发生器的残留电压进行放电。

可选的，放电线圈的一次绕组侧串联有可变电阻，第一次轻载起动及无功发生器退出运行后，控制无功控制柜内的放电线圈主动投入以对无功发生器的残留电压进行放电之后，控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动之前，所述起动控制方法还包括：

放电线圈主动投入过程中，控制可变电阻的阻值随时间增大。

可选的，降压器的输出端并联有过渡电抗。

本发明的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)根据电机仿真模型的仿真结果得出系统短路容量的调整值以及成功起动时的起动电流、母线压降及起动时间的预测值，根据调整值以及预测值调整电机仿真模型的各项参数，最终实现仿真的成功起动，继而可将现场系统短路容量、降压器档位以及负载特性调整到与仿真参数一致，此时控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动，便可实现TCS降补固态软起动装置的一次顺利起动；

(2)若出现第一次轻载起动失败，可通过第一次轻载起动的数据来调整现场第二次轻载起动的系统短路容量、降压器档位以及负载特性，由于第一次轻载起动的数据中已经包含了现场工艺等影响因素导致的影响结果，这样第二次轻载起动便可以消除现场工艺等的影响，便可在第一次轻载起动失败后实现第二次轻载起动成功；

(3)第一次轻载起动及无功发生器退出运行后，控制无功控制柜内的放电线圈主动投入以对无功发生器的残留电压进行放电，这样便可在短时间内将无功发生器的电容器放电完毕，不妨碍第二次轻载起动；

(4)通过增大放电线圈的一次绕组侧电阻的阻值来加快无功发生器电容器的放电，有利于第二次轻载起动的快速起动，且避免了放电过程中的震荡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法的流程图；

图2为本发明的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法的另一流程图；

图3为本发明的可变电阻在不同阻值下无功发生器放电时的电压变化示意图；

图4为本发明的可变电阻在不同阻值下无功发生器放电时的电流变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法包括：

步骤S1，获取电网参数、电机参数及负载参数并上传至云服务器，将电网参数、电机参数及负载参数与设备编号对应，根据电网参数、电机参数及负载参数建立电机仿真模型；

步骤S2，获取空电机起动的历史数据并上传至云服务器，云服务器通过设备编号读取设备编号对应的空电机起动的历史数据，并调整电机仿真模型的各个参数进行仿真计算，确定电机参数与系统短路容量的真实值，判断电机参数与系统短路容量的真实值是否符合图纸设计值；

步骤S3，云服务器根据电机仿真模型的仿真结果判断电机能否成功起动，若是则控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动，否则给出系统短路容量的调整值以及成功起动时的起动电流、母线压降及起动时间的预测值，根据所述调整值和预测值控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动。

一般的，TCS降补固态软起动装置包括降压器、无功发生器、降压控制柜及无功控制柜，TCS降补固态软起动装置的起动过程为：无功控制柜内PLC检测无功控制柜、降压控制柜、起动柜、出线柜、运行柜都已备妥；从机旁(或者中控)进行起动操作，起动指令送至无功控制柜内PLC，PLC自动合闸无功控制柜、降压控制柜、出线柜，延时一秒合闸起动柜；起动柜合闸后，电机开始起动，当电机端电压达到第一组无功电压设定值时，PLC分断无功控制柜内1号断路器，切除第一组无功；当电机端电压达到第二组无功电压设定值时，PLC分断无功控制柜内2号断路器，切除第二组无功(对于不同容量的电机可能选取不同组数的无功发生器)；当PLC检测到电机电流降到电机额定电流以下(或同步机起动时由励磁柜检测然后下发投全压信号至PLC)，PLC分断降压控制柜内星点断路器；然后合闸运行柜，电机在额定电压下运行；运行柜合闸后，PLC随后分断起动柜、出线柜，TCS装置与高压电源脱开，起动完成。

步骤S1中，根据用户或设计院提供的电网参数(主变压器参数、系统最小短路容量、同母线下固定负荷、母线功率因素等)、电机参数(铭牌参数、全压直起电流倍数、起动转矩倍数、最大转矩倍数、转动惯量、M-S曲线、I-S曲线等)、负载参数(转动惯量、静阻转矩、起动阻转矩、空载阻转矩、M-S曲线等)，来工程建模，采用计算机仿真，在不超过电机热极限曲线的条件下，满足用户对起动电流的要求(例如不超过1.5倍电机额定电流)，来确定降压器的二次侧抽头电压、无功发生器的容量和分组，并根据降压器和无功发生器的匹配选型来确定降压控制柜和无功控制柜内的各真空断路器的选型。

步骤S2中，一般空电机起动非常容易，只做常规基本参数的经验设置后，都能顺利起动。PLC是可编程逻辑控制器，其顺序逻辑控制非常严谨可靠，但数据计算和分析能力非常有限，利用计算机强大的数据运算和分析能力，可以很好的弥补PLC的这一缺陷。PLC将现场空电机起动的历史数据上传至云服务器，服务器通过设备编号读取原始数据，并调整各个关键参数仿真计算，来逼近实际起动的数据，可以最终锁定电机特性参数与系统短路容量的真实值是多少，是否与图纸设计中的参数一致，并将实际计算的参数值修正电机仿真模型中的参数，保证仿真计算结果的有效性，同时还可以给出友情提示反馈给用户：电机参数是否符合图纸设计值、目前系统短路容量是否符合图纸设计值。

步骤S3中，此时云服务器仅有空电机的起动数据，负载特性还不确定，如果负载特性符合图纸设计值，则可以直接给出起动效果值(如按目前的电网条件下、电机能否顺利起动、起动电流、母线压降、起动时间等参数可以一目了然的提供给用户参考预判，并做好充分的准备工作)。通过原负载图纸参数的仿真计算后，云服务器甚至可以给出在负载不超过多少的情况下(例如50％)，机组可以顺利起动的提示。一般机组的负载有多重，有一个衡量的标准，就是电机切换至全压后、风门未打开时的稳定运行电流，占电机额定电流的百分比，例如50％，就是电机的负载率，即此时的负载已经达到电机额定负载的50％，属于重载起动。若云服务器根据电机仿真模型的仿真结果判断可以成功起动，则控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动，便可实现TCS降补固态软起动装置的一次顺利起动；若云服务器根据电机仿真模型的仿真结果判断起动困难，则根据电机仿真模型的仿真结果计算出系统短路容量的调整值以及成功起动时的起动电流、母线压降及起动时间的预测值，根据调整值以及预测值调整电机仿真模型的各项参数，最终实现仿真的成功起动，继而可将现场系统短路容量、降压器档位以及负载特性调整到与仿真参数一致，此时控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动，便可实现TCS降补固态软起动装置的一次顺利起动。

其中，起动困难的表现就是起动过程中因负载过重导致电机加速缓慢，在电机所允许的发热极限曲线的条件下(通常降压软起类设备要求60秒内必须起动完毕)，电机未能加速至接近额定转速，电机电流仍未降至额定电流以下，软起动装置未能实现电机的切换全压运行状态，起动失败。如果此时软起动装置强行给电机切换全压运行，必然造成二次合闸冲击而速断跳机，极端情况下，突然的剧烈加速，可能会造成机组齿轮、联轴器断裂、电机绕组的烧毁等事故。

本实施例中，根据仿真结果调整现场系统短路容量、降压器档位以及负载特性，基本可保证TCS降补固态软起动装置的一次顺利起动，但由于现场施工工艺等的影响，系统短路容量、降压器档位以及负载特性无法保证与仿真参数百分百一致，TCS降补固态软起动装置依然存在无法一次顺利起动的问题。如图1所示，本实施例的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法还包括：

步骤S4，将第一次轻载起动的数据上传至云服务器，云服务器分析电网、电机及负载特性；

步骤S5，若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量；

步骤S8，控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动。

本实施例将一次轻载起动的数据上传至云服务器，大数据云端分析电网、电机、负载特性，若第一次轻载起动异常，可远程登陆查询机组负载是否过重(超过以往相同负载特性的平均值)，是否需要调整降压器档位，是否需要增大系统短路容量等，为用户及时准确的做出判断。那么是通过第一次轻载起动的数据来调整现场第二次轻载起动的系统短路容量、降压器档位以及负载特性，由于第一次轻载起动的数据中已经包含了现场工艺等影响因素导致的影响结果，这样第二次轻载起动便可以消除现场工艺等的影响，便可在第一次轻载起动失败后实现第二次轻载起动成功。

具体的，步骤S5包括：

若电网母线压降偏大，则增加系统短路容量或抬高降压器档位或检查负载风门开度是否在规定范围或增大无功切除电压设定值；若电机起动电流偏大，则降低降压器档位或增大无功切除电压设定值。

例如起动数据中，母线压降偏大时，云计算可以推算出系统短路容量是多少，如200MVA，根据负载情况，可以提醒用户下次起动前务必调整系统短路容量至220MVA，以保证顺利起动。或者，调整降压器二次侧抽头档位，由7.3kV调整至7.6kV档位，进而抬高电机端电压，可以保证顺利起动。或者，提醒用户，负载明显偏离以往正常值，负载过重，需检查风门在起动前是否关闭在规定的范围内。或者，无功切除电压设定的偏低，造成无功发生器提前切除，给后期加速起动带来一定的阻力，需将无功切除电压7.0kV调整至7.2kV即可。

例如起动数据中，起动电流偏大，起动效果变差，说明系统短路容量增大了，可以提醒用户，调整降压器二次侧抽头档位，由7.6kV调整至7.3kV档位，降低电机端电压，从而保证起动效果。或者，无功切除电压设定的偏低，造成无功发生器提前切除，给后期加速起动带来一定的阻力。

如果起动数据严重偏离以往历史数据，用户通过排查发现电网、风门等因素都是正常的，则很有可能是极端环境温度(过冷)、或机组润滑系统异常，或机组因长期运行振动而位移、齿轮轴承的过渡磨损等原因，造成起动阻力矩增大，起动困难，可以提前提醒用户关注整个机组的健康安全问题。

本实施例中，若第一次轻载起动后，无功发生器会有残留电压，若第一次轻载起动成功，无功发生器的残留电压可通过自身放电，但若第一次轻载起动失败，无功发生器的残留电压通过自身放电的时间较长，如果没有完全放电便进行第二次轻载起动，对无功发生器本身和整个系统都有影响。本实施例为了让无功发生器在第一次轻载起动失败后能在短时间内放电完毕，在无功控制柜内加装放电线圈，如图2所示，步骤S5之后，步骤S8之前，起动控制方法还包括步骤S6：第一次轻载起动及无功发生器退出运行后，控制无功控制柜内的放电线圈主动投入以对无功发生器的残留电压进行放电。这样便可在短时间内将无功发生器的电容器放电完毕，不妨碍第二次轻载起动。

本实施例中在对无功发生器的残留电压进行放电仿真后发现，如图3和图4所示，若在放电线圈的一次绕组侧串联电阻，电阻的阻值越大，放电过程中无功发生器电容器两端电压、电流的衰减过程加快，从而将无功发生器的电容器放电完毕的时间越短，且电阻的阻值越大，放电过程中的震荡更难发生，在电阻增大到一定程度后，放电过程为非震荡过程。这样，本实施例优选放电线圈的一次绕组侧串联有可变电阻，如图2所示，步骤S6之后，步骤S8之前，所述起动控制方法还包括步骤S7：放电线圈主动投入过程中，控制可变电阻的阻值随时间增大。这样可以通过增大放电线圈的一次绕组侧电阻的阻值来加快电容器放电，避免放电过程中的震荡。

进一步的，本实施例的降压器的输出端并联有过渡电抗。为减少在转切全压过程中的操作过电压，本实施例在降压器的输出端并联有过渡电抗，利用此缓冲装置，使得电机在转切全压时没有失电过程，保证了整个过程中电机端电压与母线电压相角的一致，从而可以使转切冲击电流限制在一个很小可以忽略的范围内，操作过电压也接近于消除。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，其特征在于，包括：

获取电网参数、电机参数及负载参数并上传至云服务器，将电网参数、电机参数及负载参数与设备编号对应，根据电网参数、电机参数及负载参数建立电机仿真模型；

获取空电机起动的历史数据并上传至云服务器，云服务器通过设备编号读取设备编号对应的空电机起动的历史数据，并调整电机仿真模型的各个参数进行仿真计算，确定电机参数与系统短路容量的真实值，判断电机参数与系统短路容量的真实值是否符合图纸设计值；

云服务器根据电机仿真模型的仿真结果判断电机能否成功起动，若是则控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动；若云服务器根据电机仿真模型的仿真结果判断起动困难，则根据电机仿真模型的仿真结果计算出系统短路容量的调整值以及成功起动时的起动电流、母线压降及起动时间的预测值，根据调整值以及预测值调整电机仿真模型的各项参数，最终实现仿真的成功起动，继而将现场系统短路容量、降压器档位以及负载特性调整到与仿真参数一致，此时控制TCS降补固态软起动装置进行第一次轻载起动。

2.如权利要求1所述的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，所述TCS降补固态软起动装置包括降压器、无功发生器、降压控制柜及无功控制柜，其特征在于，所述起动控制方法还包括：

将第一次轻载起动的数据上传至云服务器，云服务器分析电网、电机及负载特性；

若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量；

控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动，并确保起动成功。

3.如权利要求2所述的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，其特征在于，所述若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量，包括：

若电网母线压降偏大，则增加系统短路容量或抬高降压器档位或检查负载风门开度是否在规定范围或增大无功切除电压设定值。

4.如权利要求2所述的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，其特征在于，所述若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量，包括：

若电机起动电流偏大，则降低降压器档位或增大无功切除电压设定值。

5.如权利要求2所述的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，其特征在于，无功控制柜内具有放电线圈，若第一次轻载起动异常，根据电网、电机及负载特性调整负载风门开度、降压器档位或系统短路容量之后，控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动之前，所述起动控制方法还包括：

第一次轻载起动及无功发生器退出运行后，控制无功控制柜内的放电线圈主动投入以对无功发生器的残留电压进行放电。

6.如权利要求5所述的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，其特征在于，放电线圈的一次绕组侧串联有可变电阻，第一次轻载起动及无功发生器退出运行后，控制无功控制柜内的放电线圈主动投入以对无功发生器的残留电压进行放电之后，控制TCS降补固态软起动装置进行第二次轻载起动之前，所述起动控制方法还包括：

放电线圈主动投入过程中，控制可变电阻的阻值随时间增大。

7.如权利要求1-6任一所述的TCS降补固态软起动装置的起动控制方法，其特征在于，降压器的输出端并联有过渡电抗。

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