高压大功率电机

高压大功率电机（精选8篇）

高压大功率电机 第1篇

关键词：电机参数,试验数据,特性曲线

1 三相异步电机原理

1.1 异步电机的基本结构

异步电机由定子和转子两大部分组成, 定子和转子之间是空气隙。

1) 定子。异步电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。高电压大功率三相异步电机的定子绕组常采用星形联接, 只有三根引出线;中小功率低压三相异步电机在运行时, 定子绕组通常采用三角形联接。

2) 转子。由转子铁心, 转子绕组和转轴组成。转轴用于固定和支撑转子铁心, 输出 (电动机) 或输入 (发电机) 机械功率。

3) 气隙。气隙大小对异步电机运行性能有重要影响。但气隙过小, 不仅装配困难, 而且电机运转时定、转子可能发生摩擦。在定子和转子之间存在气隙子, 它的大小对电机的性能影响很大[1]。

1.2 三相异步电机的工作原理

异步电机的特点在于转子的转速n与定子产生的旋转磁场的转速 (同步转速) n1不同, 其差值 (n1-n) 对同步转速n1的比值定义为转差率, 用s表示, 即

异步电动机定子上装有三相对称绕组, 通入三相对称交流电流后, 在电机气隙中产生一个旋转磁场。这个旋转磁场称为同步转速n1, 它和定子电流的频率f1以及电机的极对数p有关。

异步机的转子是一个自己短接的多相绕组。定子旋转磁场切割转子绕组, 并在其中感生电动势, 由于转子绕组短接, 则在其中感生的电动势将形成转子电流。转子电流的方向在大多数导体中与感生电动势方向一致。转子上的载流导体在定子旋转磁场的作用下将形成转矩, 它迫使转子转动。

2 三相异步电机的功率和转矩

2.1 异步电机功率平衡关系

当异步电机以转速n稳定运行时, 从电源吸收的功率就是它的输入功率, 表达式为

输入功率的一部分消耗在定子绕组的电阻上, 即定子铜耗pCu1, 还有一部分消耗在定子铁心中, 即定子铁耗pFe。

由于转子转速很高, 接近同步转速, 故气隙磁场和转子的相对速度很低, 转子电流频率很低, 而且转子铁心本身是由0.5 mm的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠成的, 因此转子铁耗可忽略不计。

电机在稳定运行时, 轴承以及风阻等摩擦损耗总是避免不了的, 以pmec表示。另外一部分因高次谐波磁势等造成的附加损耗用ps表示。大型电机中附加损耗按输出功率的0.5%考虑, 小电机中的附加损耗可按 (1%~3%) PN来估计。

2.2 异步电机转矩平衡

异步电动机上的机械功率Pmec就应等于它的电磁转矩Tem与转子的机械角速率w的乘积, 即

两边都除以w, 得

式 (3) 、式 (4) 就是电动机的转矩平衡关系式。电动机在稳定状态下工作时, 总要满足这一关系。例如工作机械的负载增加时, 负载力矩TL变大, 电动机会减速, 转子电流增大, 电磁力矩Tem也增大, 直到重新满足式 (3) 、式 (4) , 电动机的转速才停止下降[2]。

2.3 异步电机的工作特性

2.3.1 转速特性

当电动机空载时, 输出功率P2为零, 电动机的电磁转矩只用于克服空载转矩。此时转子电流、转子铜损耗很小, 可忽略;转差率很小, 接近于零, 电动机的转速接近同步转速n1。随着负载的增加, P2增大, 这时转子电动势、转子电流均增大, 以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩, 相应的转速有所下降, 但降得不多;转差率增加并不很大。n=f (P2) 是稍微向下倾斜的一条近似直线的曲线。

2.3.2 定子电流特性

电动机空载时, 转子电流I2'几乎为零, 此时定子电流基本上等于励磁电流Im随着负载的增加, 转子转速下降, 转子电流增大, 定子电流也增大, 其变化几乎与P2成正比。

2.3.3 定子功率因数特性

空载时, 定子电流基本上是励磁电流, 主要用于无功励磁, 所以功率因数很低, 约为0.2。当负载增加时, 定子电流的有功分量增加使功率因数增加, 在接近额定负载时功率因数达到最大。当负载超过额定值时, 由于转差率增大, ψ2=tan-1 (x2s/r2) 变大, 转子电流中的无功分量增加, 相应定子电流无功分量也随之增加, 因而使cosψ1趋于下降。

2.3.4 电磁转矩特性

稳态运行时异步电动机的转矩平衡方程式为

由于空载转矩T0基本不变, 机械角速度Ω变化不大, 电磁转矩T随P2的变化近似为一条直线。

2.3.5 效率特性

异步电动机的效率为

其中:PFe, pmec基本上不随负载变化, 称为不变损耗;pCu1, pCu2, ps随负载的变化而变化, 称为可变损耗。当输出功率P2增加时, 可变损耗增加较慢, 所以效率上升较快;当可变损耗等于不变损耗时, 效率最高;若负载再增加, 可变损耗增加很快, 效率反而降低[2]。

3 异步电机的参数测定

3.1 空载试验

空载实验的目的是测定励磁电阻Rm, 励磁电抗Xm, 铁耗pFe, 机械损耗pmec。试验时电机轴上不带负载, 用三相调压器对电机供电, 使定子端电压从 (1.1~1.3) 开始, 逐渐降低电压, 空载电流逐渐减少, 直到电动机转速发生明显变化, 空载电流明显回升为止。在这个过程中, 记录电动机的端电压U1, 空载电流IO, 空载损耗pO, 转速n, 并绘制空载特性曲线 (见图1) 。

3.2 堵转试验

堵转试验是将电动机的转子卡住不让其转动, 定子侧加一低电压, 使定子电流达到额定电流的1~2.5倍, 测出此时的电压、电流及功率, 用以计算每相电阻及漏电抗的数值。由于转子堵转s=1, 所以等效电路中的电阻 (1-s) /sr2'=0, 这就相当于短路状态, 故该实验又称为短路实验[3]。

堵转时的定子电压UK通常降低到只有额定值的15%~25%, 此时的磁通密度很低, 铁心损耗甚小, 可忽略不计。此时瓦特表测得的功率PK实际上可认为等于定子和转子的铜耗之和, 即

等效电机中的励磁支路的阻抗远远大于工作支路的阻抗。在堵转时 (1-s) /sr2'=0, 工作支路中只剩下定子和转子的漏阻抗了, 所以这时的等效电路可以看成励磁支路开路。

根据堵转实验, 可以确定工作支路的电阻rk及电抗xk为

4 实验部分

该软件主要实现的功能有电机铭牌数据输入, 空载、堵转实验数据输入, 电机参数计算, 异步电机T型等效电路图的绘制, 工作特性图的绘制。

4.1 电机数据铭牌窗体

一台电机的出厂, 在其机身上必有数据铭牌, 它是对该电机型号、额定数据的基本介绍 (见图2) 。

4.2 实验数据载入

该窗体是空载实验和堵转实验后的测试数据, 是计算异步电机参数的主要实验数据。

4.3 参数计算

该窗体采用VB程序中的LINE属性, 将所求参数数值在本窗体中显示出来, 通过连线方式联络成异步电机的T型等效图。该窗体的关键点在于坐标点的确立。窗体在编程中主要采用Form_MouseMove (Button As Integer, Shift As Integer, X As Single, Y As Single) 确定图形所在的坐标点[4]。然后采用Line属性进行点与点之间的连线。在这里连线是利用时钟响应进行联系。

4.4 特性曲线

工作特性绘制窗体 (form6.frm) 主要是在测得空载和堵转试验后的特性曲线分析 (见图3、图4) 。

参考文献

[1]王正茂, 阎治安, 崔新艺, 等.电机学[M].西安:西安交通大学出版社, 2000.

[2]谢桂林, 黄章, 刘允.电力拖动与控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1997.

[3]于子捷.电机与拖动基础[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2004.

高压大功率电机 第2篇

检修情况汇报

一、检修时间：2012年 12月24日-2013年1月1日

二、检修设备：热连轧厂14台高压电机、36台变压器、87

台高压开关柜检修和试验

三、检修班组：电机1-3班、试验班、变压器1-2班、开关

班、高压试验班

四、检修情况：

热连轧厂生产线由于粗轧机下位电机绕组故障导致全线停产检修，12月24日经商议由动力部承担全产线14台大型高压电机、36台变压器、87台高压开关柜检修和试验工作。热轧厂产品目前市场行情较好，此次意外停产，直接影响到公司经济效益，因此总公司对此次检修格外重视。由于近几年热轧厂产线大型高压电机、变压器、高压开关柜检修较少，对设备状况隐患颇为担忧。动力部接受任务时距离停产已经过了两周，留下的工期不到一周，接到任务后我部领导高度重视，充分认识到本次检修的重要性，提前召开本次检修相关人员会议，合理搭配检修力量，制定详细的检修方案、施工网络图和安全措施等，为检修的顺利进行做好充分的准备。

12月24日根据热轧厂要求办理相关安全手续，制定检

修方案和安全措施，倒运必要工具材料物资，查看现场。

14台高压电机检修试验：

12月25日8：00 根据施工方案，我们对粗轧机上位电机及精轧机F2电机进行了开盖检查，包括定子线圈、槽楔、铁芯、线圈端部以及转子滑环、端部软连接，转子线圈等多出确认有无缺陷，经过仔细排查，发现粗扎上位定子线圈端部绝缘层有轻微脱落，并为露出线圈，针对以上缺陷，我们及时做了处理，将故障点重新涂抹绝缘漆，并包扎好。故障处理完毕，试验班对粗轧上位电机进行直阻和绝缘测试，与以往数据比较，得出结论电机试验数据合格。

12月26日对精轧机F1、F3开盖常规检查，粗轧机上位清洗、以及再次绝缘试验。精轧机F2清洗、检查及试验。

12月27日粗轧机上位机壳、端盖复装。精轧机F2端盖复装。粗轧机7000KW F1、F3清洗、检查、处理缺陷、试验。卷筒电机3台开盖检查、清洗、试验。清洗后在查找缺陷时发现F3转子短路环上有几处过热发黑的痕迹，表面防电晕的漆轻微脱落，经由厂家现场查看确认后，对发黑处重新涂抹绝缘漆。根据原定计划精轧F4、F5、F6不在本次检修范围内，27日下午接到热轧厂通知，把F4-F6加入此次检修计划并且工期不变，接到通知后，我们部门并无怨言，主动加班加点追赶工期，27日又完成精轧F4-F6三台电机的开盖检查及试验。

12月28日对精轧机F4-F6完成清洗检查，并对F1-F6进行气隙测量，试验完毕，经分析比对确认合格后，对六台电机进行复装。粗轧立辊电机2台900KW、精轧飞剪电机1台850KW也完成了开盖检查、清洗、试验等全部工作。

12月29日根据热轧厂要求，对精轧F1-F6电机进行再次绝缘测量，数据均符合标准。

12月31日粗轧机下位电机定子端部有一处磕碰痕迹，线圈外绝缘层破坏明显，根据损坏情况，我们在内层均匀涂抹绝缘漆，并用高压绝缘带包扎好。

1月1日根据热轧厂要求处理精轧机几处异音情况，发现两台电机滑环内侧大盖与轴间挡板螺栓有松动，紧固后异音消除。

36台变压器检修试验：

12月24日下午我们承担了热轧厂卷取1#——4#整流变、粗轧1#——4#动力变等共计36台电力变压器的检修任务，在确认完成各项停电手续和安全措施之后，我们对5台变压器的瓷瓶进行了仔细擦拭、清理，并对佛手的压接情况进行了仔细的检查、压接和试验，处理佛手压接松动2处，所有检修和试验工作于下午17：20顺利完成。2012年12月25日，我们共计完成8台变压器检修和试验工作，处理佛手压接松动3处及渗油2处。2012年12月26日，我们共计完成14台变压器检修和试验工作，处理佛手压接松动4处及

加油2台。2012年12月27日，我们共计完成9台变压器检修和试验工作，处理佛手压接松动2处及加油1台。在本次检修中，我们共发现多处问题，并一一进行了处理，受到热轧厂现场负责人的一致好评。

87台高压开关柜检修试验：

从12月24日上午接到任务，我们制定了检修计划，通过现场勘查明确了安全注意事项，对人员进行了大体分工，12月24日下午我们紧急出动对粗轧区域供加热炉的其中6台开关进行了检修、试验及机构处理；由于24日的工作没有达到预期，25日，我们加派人手，分成2组，齐头并进，完成了24台开关的检修，在检修过程我们发现3台开关的合闸灯坏了，容易造成操作人员误判，影响生产，及时告知生产厂，达到了预期目标；26日，完成了30台开关的检修，在检修过程中，我们对精轧F3整流变高压开关柜AH114开关拉不到试验位臵进行了处理，经过测试发现并处理了H422精轧1#照明检修变、精轧F3整流变高压开关柜AH114开关直流电阻大；由于热轧厂送电，H420 1#受电无法推至工作位，我们紧急安排人员中午加班进行了处理。27日，我们对卷取、新高压水区域的27台开关进行了检修，新高压水I段进线柜H371开关的航空插头无法固定，容易造成开关偷跳甚至是频繁分合闸，我们利用废旧的航空插头的固件进行了更换，达到了很好的效果。

在本次检修中，我部的干部职工克服了天气寒冷的不利条件，在工期短任务重的前提下，牺牲了周末及元旦休息时间，保质、保量、保安全的同时提前完成了检修任务，也为我公司完成绩效目标做出了突出的贡献。

五、存在问题和建议

针对热连轧厂生产线由于粗轧机下位电机绕组故障导致全线停产检修的问题，以及近期总公司发生的多起电机、变压器、高压开关柜故障，严重影响了正常生产秩序。为了切实保障高压电机、变压器、高压输变电系统安全、优质、高效运行，杜绝高压电机、变压器、高压开关设备由于自身绝缘老化、内部变形等隐患所引发的严重事故，实现高压设备系统的安全、可靠运行，我部认为各生产厂应做到以下几点：

1、高压电机运行一年必须中修一次。

2、变压器运行一年必须中修一次。

3、热轧厂开关的现存状况堪忧，高压开关运行一年必须进

行检修、机构检查。建议对开关机械特性测试，对开关自身的机械特性进行测试。

4、热轧厂开关总体存在安装缺陷，操作时易造成航空插头

损坏，一旦航空插头无法固定时，很容易造成开关无法及时的分合闸甚至出现偷跳的可能性，建议操作时注意

并对航空插头上下的卡子进行检查，如果有一个甚至两个都损坏得情况必须立即更换。

5、鉴于当前高压设备运行时间较长，建议对各高压母线进

行清扫、检查有无放电，已经有生产厂出现10台开关的母线有10处放电的情况。

6、高压电气设备在新装、大修和改造后必须进行交接试验

并留存纸质试验报告（以盖有检修工程公司试验专用章为准），否则不得投入运行。

能源动力部

高压大功率电机 第3篇

电能反馈技术是国际上比较通用的技术, 其主要通过变频调速机制使大功率电机运转, 使用反馈部件将其中一部分能量反馈到原来的装置上, 从而总体上降低单位能耗。高压变频器在我国应用比较广泛, 我国的企业已经可以自主研发该器件, 并且在各项工程中加以应用。例如, 在大功率电机的节能改造中应用高压变频器, 技术上就已经比较成熟。

1 高压变频节能改造潜力

在火力发电厂中, 风机和水泵是主要的耗能设备, 通常情况下其输入能量的15%~20%被风机或水泵本身及其电机所消耗, 约35%~50%的输入能量被挡板或阀门节流所消耗, 由于能量难以储存, 电能在产生后逐渐消耗, 并延续这个过程。在实际生产中, 电能总量不能精确规划, 很难有相应的消费计划对应。所以, 当消耗电能的各类设备运行在最高承载负荷下, 就会造成严重的能量浪费。在电能生产中, 风机、水泵等是需要大功率电机拖动的设备, 随着技术的进步, 对其进行节能改造就显得尤为必要。应用高压变频的节能改造方式对大功率电机进行调频, 使得电机的生产、消耗同步, 并达到平衡, 可以有效避免电机的输入大于输出的情况, 并减少单位能耗, 对企业节能具有重大意义。我国的火力发电厂耗能较大, 如果用电动机调速装置来代替原来的风门、挡板、阀门进行流量调节, 将取得显著的节能效果, 因此进行高压变频节能改造具有很大的潜力。

2 高压变频节能原理及调速优势

2.1 高压变频原理

高压变频器应用单位复用复合技术, 即单位电源不止由单个单元构成, 而是由几个PWM功率单位通过串联组成, 将高压变频器组件直接串联构成多级电压型高压变频器。根据实际的电网电压级别要求, 高压变频器组件主要有3kV、6kV、10kV等规格的变频装置。

图1为多重化的变频器拓扑图, 它由几个PWM变频单元串联, 实现高压输出。此设备并不依赖输入和输出变压器, 所以内部能量损耗相应减少, 并且随着材料器件的集成化趋势进一步发展, 设备的占地也将越来越小。这种高压变频器具有体积小、效率高、能耗低的优势。

2.2 节能原理

随着企业的进一步发展, 大功率电机也越来越普及, 传统低功率电机的工作方式不能随着负载的变化而相应地改变动力, 这会造成较大的电能损耗。高压变频调速技术则使大功率、大容量的电动机能依据负载的增减情况而相应地调节原动力, 使得输入和输出电能平衡, 这样即可在此方面有效地降低电能损耗。对于电机的转矩负载来说, 有如下公式:

式中, P为功率;M为转矩;V为转速。

通过以上公式可以得出, 当电机的负载发生变化时, 如果应用高压变频调速技术, 就可以通过高压变频器的电机频率调节机制, 不断改变电机转速, 适应负载变化, 保持输入、输出电能的一致性, 这对大功率电机效果尤为明显, 能够达到大功率、大容量电机节能的目标。

2.3 变频调速的优势

三相异步电机主要有3个运行区域: (1) 最佳运行区, 电机平均负载率高于70%; (2) 普通运行区, 电机平均负载率介于40%~70%之间; (3) 不经济运行区, 电机平均负载率低于40%。根据相关能耗规范, 大功率电机的平均负载率应不低于70%, 所以应当对电机进行改造。高压变频器调频是根据电机负载情况, 不断改变输入电压的频率, 以达到电能输入、输出平衡, 从而保证电机在最佳状态下工作。对电机进行调频, 能够保证其在各种电压下都高效运行, 这样不仅增强了大功率电机的自我调节能力, 从而避免电机遭受过流冲击, 也达到了降低单位能源损耗、提高电能利用率的目标。

3 高压变频器应用效果分析

现代智能高压变频器是具有智能分析以及预判能力的高压变频装置, 尤其是对负载随着时间变化比较敏感的设备如高压风机、高压水泵等具有明显的节能及保护电机的作用。为更好地验证本文所述的改造效果, 现以某电厂的大型高压风机进行的节能改造为例, 对改造前后的能量损耗作出对比, 具体数据如表1所示。

从表1中可知, 总体来看节能效率能够达到19%以上。以其中2 000kW的相对大功率电机为例进行分析, 设该电机的年均出勤率为70%左右, 节能改造后, 节电量约为:

而以工业用电0.7元/kWh的计算标准:

经上述测算, 节能改造后, 这台2 000kW的电机每年可以节省近300万kWh电 (约200万元的电费成本) 。如果对企业中所有的大功率电机都利用这种高压变频器进行节能改造, 定能有效减少电能生产和消耗中的不必要能耗, 从而减少企业在能源方面的支出, 提高企业的经济效益, 最终在一定程度上提高企业在市场上的竞争力。

4 结语

企业的经济效益是市场经济的最终落脚点。目前的实际情况是, 企业的耗电量随着规模的扩大而增加, 所以能耗的支出越来越成为企业高成本的重要因素。这其中大功率电机是产生电力的能源传送构件。本文的观点是, 使用高压变频器对大功率电机进行改造, 从而使其在较优的环境下运行, 能够有效提高单位电能生产效率, 并实现大功率电机在节能基础上的安全稳定运行。这样既可有效降低企业的单位能量消耗, 减少企业经济成本, 也可降低电机的运行、维护及采购成本。目前, 大功率电机的节能改造有着广阔的前景和发展潜力, 高压变频器在大功率电机节能改造中的应用会越来越受到重视, 并在实践中发挥作用。

参考文献

[1]张彦明.高压变频调速技术在电厂的应用及节能对比[J].广东电力, 2009 (11) :77~79

[2]周德贤.高压变频调速装置在电厂的应用[J].电源技术应用, 2004 (5) :317~318

[3]许振.交流电动机变频调速技术的发展[J].微特电机, 2005 (4) :39~43

高压大功率电机 第4篇

随着电力电子学科和电力元件的发展,大功率电机转子侧变频调速技术有了进一步的发展,在传统转子变频调速系统中,逆变器产生电压的大小随着晶闸管触发角大小变化而变化,转子侧附加电动势变化改变转子电流,以此改变电机转速。斩波式调速系统是在整流与逆变回路之间中加入IGBT斩波器使晶闸管的触发角固定在30°,但由于最小触发角的存在,想要进一步提高功率因数有一定的困难,还会使系统发生逆变颠覆的问题。

针对这些问题,从系统拓扑结构加以改进,用IGBT有源逆变器代替晶闸管逆变器,采用SVP-WM技术,使逆变器网侧电流波形接近正弦波,减小谐波“污染”,并且可以提供容性无功来补偿系统产生的感性无功[1],那么整个系统的功率因数便会提高,同时克服了逆变颠覆的缺点。

1 传统斩波式变频调速系统工作原理

传统斩波式变频调速系统主电路如图1所示。

图中CH为IGBT组成的BOOST直流斩波器,其工作在开关状态。UR为二极管组成的三相不可控整流器,UI为可控硅组成的三相逆变器,TAW为网侧变压器。调节电机转速实际上是通过调节转子电流的大小,也即是要调整转子附加电动势的大小,而附加电动势的大小会随直流斩波器两端电压的变化而变,因此改变斩波器开通和关断的时间便可调节电机转速。二极管D主要起到隔离整流和逆变回路的作用,电抗器L1起滤波和储能作用,直流斩波器的缓冲网络由电容C、电抗器L2和二极管组成,直流侧大电容C主要起到能量缓冲作用,电抗器L2的作用是防止有源逆变器UI电流断流。

有源逆变器TI的触发角β固定在最小触发角βmin,其大小不跟随电机转速的变化而变化,因此可有效地减少系统对无功的吸收以便提高系统功率因数,因此UI为固定电压:

其中:U2T为逆变器交流侧电压。

设IGBT直流斩波器的开关周期为T,斩波器开通时间为τ,当其开通时,三相整流桥UR和IGBT逆变器产生的附加电动势都被短路,此时二极管D将整流和逆变电压隔离开,主回路电流Id上升;斩波器关断时间为T-τ,当其断开时,电动机工作在转子变频调速状态下,此时二极管D导通将整流和逆变接通,电抗器L1释放电能并向电容充电,主回路电流Id下降[2]。根据CH直流斩波器前后电压相等可得出:

从式(2)可以看出,UD的大小由CH直流斩波器开通时间τ决定。

UD为:UD=2.34s E20(3)

其中:E20为电机转子开路电压;s为电机转差率。

由式(1)、(2)、(3)得:

因此,电机的转速n与直流斩波器的开通时间τ的关系为:

其中,n为理想空载转速;n0为异步电动机的同步转速。

在转子侧变频调速时,理想空载转速n小于异步电动机的同步转速。逆变器UI的触发角变化时,电机转速n和转差率s会随其变化,触发角β变大时,转速n变大,转差率s变小。从式(5)还可看出,电机转速还会随着斩波器的占空比的变化而改变。在系统中,一般把触发角β取为30°。

2 IGBT有源逆变器在转子侧变频调速系统中的应用

由于传统调速系统采用晶闸管组成有源逆变器,那么系统的功率因数会因晶闸管的最小触发角的存在得不到进一步的提高,还会产生谐波“污染”和逆变颠覆故障等问题。

为了解决这些问题,从系统拓扑结构加以改进,用IGBT有源逆变器代替晶闸管逆变器,采用SVPWM技术,使逆变器网侧电流波形接近正弦波,减小谐波“污染”,并且可以提供容性无功来补偿系统产生的感性无功[3],那么整个系统的功率因数便会提高,同时克服了逆变颠覆的缺点。

2.1 三相电压型IGBT有源逆变器的工作原理

电压型IGBT逆变电路拓扑结构如图2所示。

usk(k=a,b,c)为网侧电压,Lk(k=a,b,c)为外接电感及电机漏感之和,Rk(k=a,b,c)为等效电阻,el为直流侧电压,urk(k=a,b,c)为逆变器产生的基波电压。IGBT有源逆变器的控制原理为:保证直流侧电压Udc为恒定值,尽可能使网侧电流与电压同相位并近似正弦波,以此提高系统功率因数并减小谐波。

从图2可以看出,网侧电压usk(k=a,b,c)和基波电压urk(k=a,b,c)均为静止坐标系上的三相正弦量,利用PARK变换原理将网侧电压和基波电压变换为按正弦角频率旋转的空间矢量[4]。通过PARK变换,电网侧电压矢量US表示为:

电网侧电流矢量表示为:

逆变器产生的基波电压矢量表示为:

逆变器网侧的矢量方程表示为:

用图3所示的空间矢量图表示矢量方程(9),可以看出,空间各向量以工频角速度w作逆时针旋转且保持相对位置不变[5]。如果可以很好地控制电网侧电流的相位,便可以有效控制IGBT有源逆变器的运行象限。

2.2 IGBT有源逆变器的静态解耦模型

为建立简单的数学模型以方便控制系统的设计,只考虑逆变器的低频分量[6],根据图2可得IGBT逆变器的低频方程为:

从(10)可看出,三相IGBT逆变器网侧各物理量是随时间变化的交流量,这种物理量会对控制系统的设计造成不便。为此,把它转换成dq坐标系下的方程,在dq坐标系下各物理量以电网基波频率同步旋转[7],可得:

从式(11)可看出,控制器的设计会因d、q轴电流耦合而变得困难。网侧电流相位的控制可以通过采用前馈解耦控制算法来实现[8],可得ud,uq的控制方程:

其中,ud*、uq*为网侧逆变指令电压,id*、iq*为网侧逆变指令电流。从式(12)可以看出,采用电流前馈解耦控制原理可以解决id、iq的耦合问题,将式(12)代入式(11)可得:

由此可见,通过前馈解耦控制实现了id、iq相互独立。基于前馈解耦原理的IGBT有源逆变器控制系统框图如图4所示。

3 采用SVPWM算法的IGBT逆变器仿真实验及结论

根据三相电压型IGBT有源逆变器的拓扑结构,采用SVPWM控制算法,采用静态解耦直接电流控制策略对其进行仿真。仿真中所用到的参数为:直流电压为幅值650V的直流电压源,交流电网电压峰值311V,频率50Hz,交流侧电感30m H,电感的等效电阻和功率开关损耗等效电阻的合并值取0.02Ω,直流侧电容1 000μF,开关频率为10 kH。

从图6~9可看出,采用静态电流解耦控制策略,可很好地控制网侧电流相位,使其近似为正弦波,IGBT逆变器处于整流工作状态时,电网侧电流波形接近正弦波并于电压相位同相,系统功率因数为1,当其处于逆变工作状态时,网侧电压电流相位相反,系统功率因数为-1,采用IGBT有源逆变还可有效减小谐波电流,其THD为0.46%。

本文将传统高压电机转子变频调速系统中的晶闸管逆变器替换为IGBT有源逆变器,改善电网侧电流波形质量,降低网侧电流的谐波,提高功率因数,彻底解决了电网故障导致逆变颠覆而损坏设备的问题。

参考文献

[1]姚锐,李柯,王兵书.SVPWM在内反馈斩波串调系统中的应用研究[J].化工自动化及仪表,2010,37(7):72-75.

[2]于精卫.斩波式内反馈串级调速系统的设计[D].内蒙古:内蒙古科技大学,2008.

[3]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]刘观起,孙会水,万军.基于IGBT斩波控制的内反馈串级调速系统的研究[J].电力科学与工程,2008(1):37-40.

[5]庞科旺,袁文华,刘丽丽.三相电压型PWM整流器在内反馈斩波串级调速中的应用研究[J].电气自动化,2008(5):16-18.

[6]殷海蒙,高艳霞,江友华.大功率交流电动机转子变频调速系统的分析[J].电机与控制应用,2006,33(6):51-54.

[7]孔鹏.PWM逆变技术在内反馈串级调速系统中的应用[D].保定:华北电力大学,2008.

大功率交流电机的软启动探讨 第5篇

关键词：大功率交流电机,软启动,优势,技术,应用

1 软启动的优势分析

1.1 软启动与传统启动方式的差异

软启动就是在电机启动时通过降低施加到电动机定子绕组上的电压来减小电动机启动所需电流的启动方式, 它会在固定时间内对施加到电动机上的电压进行调整, 使之平稳上升, 最终达到电动机启动的额定电压。从初始电压开始, 软启动时电压平衡连续地增大, 在启动过程中电动机的转矩是平滑而非跳跃变化的, 启动过程比较平稳, 所以叫软启动。

在降压启动过程中, 如果设定启动电压为一定值, 则电动机在启动时的转矩也是相对固定的, 如转矩是电机最大转矩的25%, 此时若增加电压到额定电压, 则电动机的转矩就会从25%直接跳转到100%, 这就是所谓的硬启动过程。这样的过程显然对电机的冲击较大, 尤其是在电子技术向高精方向发展的形势下, 传统启动方式显然不利于系统稳定。

1.2 软启动的优势

(1) 可以最大限度地延长设备的使用寿命。电动机无阶跃式的启动模式或者制动模式可以减少冲击, 这样可以降低电机在工作中受到的机械损伤, 也可避免传动元件产生的冲击。如软启动器在水泵控制系统中的应用, 可减少水阻现象, 从而减短了检修设备的时间, 延长了系统寿命。

(2) 提高速度控制效率和运行可靠性。软启动控制系统中的数字化信号处理是在高性能的单片机基础上完成的, 所以提高了启动的高效性、可靠性与稳定性, 并且可以避免传统硬启动下调整线路过多的情况, 进而更好地体现了软启动的智能化优势。

(3) 实现功能全面的保护。软启动技术在过载下可以提供保护, 还可以对操作故障进行保护, 如对电动机输入/输出缺相、堵转、晶闸管短路等故障进行保护。

(4) 降低了系统噪音。因为控制单元和供电进线联系十分紧密, 所以电网的干扰噪声是不能消除的, 但是因为软启动的控制系统对控制信号采用光电隔离处理, 并设置了抗噪音级别, 所以对消除各种噪音有较好的效果。

2 大功率电机软启动技术

2.1 晶闸管技术

晶闸管技术是较为常见的软启动技术, 其可以分为以下几种操作方式: (1) 斜坡电压式启动。即利用控制电机的电压输入参数, 缓慢地对电机输入电压进行提升, 从而实现软启动的效果。其核心思路就是为电动机输入一个较小的转矩, 并以此时的电压为初始电压, 逐步升高, 在软启动实施阶段, 启动器输入的电压缓步提升到电动机运行的定值, 此过程中对电压的提升是按照一定的速度进行的, 直至电机的输入电压与电网电压持平。这样的启动方式因为初始转矩较小, 所以适用于轻载或者空载的设备, 当然也适用于转矩要求与速度相关的设备, 如水泵、车床等。 (2) 阶段式启动。此类技术顾名思义就是将启动分阶段完成, 通常适用于转矩较大的设备。其按照电流值的大小从低到高进行分段, 完成对电机输入电流的提升, 直至启动。这样的启动方式可以在启动初期为电机提供大转矩, 所以适应开机就有负载的设备, 如皮带机等。 (3) 脉冲式启动。这种技术是在启动初期对设备施加一个类似脉冲的启动电流, 即在启动阶段有一个冲击电流帮助设备启动。这样的启动方式可以让电动机尽快进入工作状况, 但这样的冲击电流必须有所控制, 所以其必须与限流设备同步使用。脉冲式启动适用的范围是需要大转矩启动的设备, 其利用启动阶段的脉冲式高电流保证设备启动时能够克服原有负载所产生的静态摩擦力, 从而尽快进入正常工况。

2.2 水电阻技术

按照电动机的降压启动理论, 在电动机定子回路中可以串入一个适当大小的水电阻以进行分压, 充分利用水电阻的调节作用与恢复性能, 同时水的热容量较大可以避免高温对设备造成的负面影响。在启动中利用控制机构对水电阻进行控制, 调节其与电动机之间的电压比例, 此时电阻值与电动机的运行是协调配合的, 可以实现一个平衡。该技术在应用中可以保证电流稳定, 即电动机稳步加速直至额定工况, 缩短了启动时间, 完成启动后可以利用水电阻保证电压稳定。

2.3 液力耦合技术

从工作原理与机械结构上看, 液力耦合器的输出转速和输入转速比值不会大于95%, 也就是不能同步运行输入与输出轴, 所以会损失很多功率, 发热情况明显, 这就导致了传动系统效率的降低。如果大功率交流电机长时间运行, 这样的功率损失会影响节能效果。再者, 采用调速型液力耦合装置为电机软启动设备, 电动机启动电流仍然会处于一个较大的范围, 所以需要严格限制电动机的启动次数。和其他调速方式相比较, 调速型液力耦合器的结构限制明显, 且控制范围不大, 可控性相对不高。最后, 调速型液力耦合器在应用中因为系统庞大且结构复杂, 同时具有高速旋转的大直径零件, 如果分别与电动机和减速机联用, 则占用空间更大, 所以能满足要求的安装场合较少就直接影响了其应用范围。采用液力耦合装置实现电机软启动的主要优势就是技术比较成熟, 且价格相对合理, 如在井下使用可以实现隔爆, 因为其可以采用水介质。目前, 调速型液力耦合器的应用范围主要是刮板输送机、皮带输送机等设备。

3 大功率交流电机软启动装置的应用选择

在工程设计中, 因为大功率交流电机在工业生产中的作业工况不同, 所以其采用的启动方式也应有所差异, 上述启动方式都需要不同的启动器来实现。随着机电技术的发展, 软启动器的形式和原理也随之丰富起来, 具体如下:

(1) 限流启动器:对电流的限制可以保证启动的稳定。如前分析, 其产生的转矩较小, 所以这一类软启动器应在轻载条件下应用, 同时这个启动器应用时不能准确获得启动降压的情况, 无法利用降压空间, 易造成启动力矩损失。

(2) 转矩限制启动器:这样的控制器适用于重载条件, 电机的启动转矩从小到大呈线性趋势上升, 柔性好, 启动平稳, 可保护系统, 同时可降低电机启动时对电网的冲击。这样的启动器是重载启动工况的首选, 但缺点是电机的启动过程稍长。

(3) 斜坡电压启动器:该启动器主要应用于重载荷工况, 其对电压进行从小到大的控制, 以改变传统的启动方式。简单地说, 斜坡电压启动器实现了从有阶启动到无极变速, 其应用于重载设备时可以降低冲击。这种方式起步转矩小, 因其转矩的特性抛物线是呈上升趋势, 对拖动不利, 所以会对电机带来一定的损耗。

(4) 转矩加突跳启动器:这一类的软启动器与转矩控制器类似, 也是应用于重载工况。但是这样的启动器在启动瞬间采用突然跳动的转矩来克服电机的静态摩擦力, 然后转矩平滑上升, 这样减少了启动时间。其缺点是, 突跳会影响电网的稳定, 对其他设备造成干扰。

(5) 电压启动器:适用于轻载条件, 在确保降低启动电压的同时可以发挥电动机最大的启动转矩, 并缩短启动时间, 是轻载工况的最佳选择。

4 结语

在实际应用中, 变频软启动装置虽然技术相对先进且可以实现精细控制, 但是价格较高, 且体积庞大, 只有在启动要求较为苛刻的条件下才会应用;晶闸管启动装置相比起来体积较小, 但其容易在应用中出现击穿情况, 如果技术上加以改进, 则可获得更加广泛的应用空间;利用水电阻实现软启动具有启动电流小、转矩逐步增加、启动平稳等优点, 且该装置结构简单、运行维护工作量小, 是较为理想的电机软启动方式;液力耦合软启动装置尽管体积较大, 维护量大, 但是价格相对便宜, 随着技术水平的提高其也有较大的应用空间。

参考文献

[1]王继辉, 姜洪深.交流电动机软启动技术的研究与应用[J].黑龙江科技信息, 2008 (34)

[2]邢兵锁.软启动技术及应用[J].科技广场, 2010 (3)

组合式高压大功率SRD 第6篇

近年,开关磁阻调速电动机(简称SRD)的技术和产品得到快速发展。在高性能方面推出了伺服型[1]产品,最大功率达到315 kW,调速范围达到1∶200,机械响应时间30 ms,已在机床领域推广应用;在大功率方面,最大单机功率400 kW,电压1 140 V,已在煤矿领域推广,并获中国煤炭协会科技进步一等奖。

由于SRD采用电力电子元件用作电路的主开关元件,受现有技术水平的制约,开关元件电压和电流容量水平被限制,所以,制作更大功率和电压的SRD产品有一定困难。虽可通过元件串、并联技术提高电压和电流容量,但很可能会降低SRD产品的可靠性。

组合式高压大功率SRD,由移相变压器提供电源,采用多台控制器同步驱动的控制方式,为高压大功率传动提供了一种技术成熟、可靠性高的SRD技术方案。

2 SRD简介

2.1SRD系统组成

SRD由电动机、功率电路、角位移传感器和控制电路等4部分组成,如图1所示。传感器组装在电动机中,控制电路和功率电路组装在控制器中。

磁阻电动机结构和工作原理详见参考文献[2]。

2.2 通用控制器驱动方式

开关磁阻电动机的换向和电流控制由功率逆变电路构成的控制器完成,并且常采用1台控制器驱动控制1台开关磁阻电动机。

图2为三相开关磁阻电动机的功率电路,包括三相桥式整流电源、功率逆变电路、上电限流电路和限压放电电路。其中功率逆变电路共有3个半桥电路,每个半桥由2个桥臂组成。

在传统技术中,无论对三相还是N相开关磁阻电动机,都是通过功率逆变电路的一个半桥电路对每相绕组进行整体驱动,其桥臂功率与驱动功率相对应。因此,电动机功率提高后,必须使功率电路提高到相应的功率。

3 组合式高压大功率SRD

组合式高压大功率SRD由移相变压器,多台控制器,多输入端口开关磁阻电动机[3]组成,采用多控制器[4]同步驱动的控制方式进行工作。

3.1 多输入端口开关磁阻电动机

由开关磁阻电动机的对称性可知:

W电机功率=W相功率N相数 (1)

W相功率=W极功率Z极数 (2)

电动机总的功率可以分解为相功率之和,相功率进一步可以分解为每相所含的极功率之和,由此提出多输入端口电机。

以三相6/4极开关磁阻电动机为例。

传统技术中,将同属A相的2个线圈进行串联或并联连接,整个电动机组成A,B,C三相绕组,如图3a所示,并采用一个控制器驱动。

多输入端口开关磁阻电动机中,将同属一相的定子绕组拆分开,分成若干个组,分别由多台控制器同步驱动。即属于A相的A1,A2 2个线圈分别缠绕,引出4个接线端,以此类推,最终分为2组,将A1B1C1线圈分为一组,A2B2C2线圈分为一组,每组分别由一个控制器驱动。定子绕组连接方式如图3b所示。

3.2 多控制器驱动方式

根据上文所述的拆分、分组原理,12/8极多输入端口开关磁阻电动机,其定子绕组可以有2种分组方式,分别为双输入端口和4输入端口,如图4所示。双输入端口开关磁阻电动机,用2台控制器同步驱动控制,如图5a所示;4输入端口开关磁阻电动机,用4台控制器同步驱动控制,如图5b所示。

多控制器驱动多输入端口开关磁阻电动机的一般工作方式为:由2台或多台普通的控制器同步驱动拆分后的每组线圈,每个功率单元的每一相只驱动一组线圈。通电时线圈所在磁极的极性保持原样不变,为电动机旋转提供电流、方向控制。

多输入端口电机在空载或轻载时,可关闭或断开2组控制器中的1组,可以达到节省电能的目的;如果其中1组控制器发生故障,也可以对其适当关闭或断开,让电动机降额运行,以便减少非正常停机所带来的损失。

3.3 组合式高压大功率SRD具体实施方案

目前,1 140 V/400 kW控制器是SRD单机最大功率等级产品,且技术成熟,可靠性高,结合12/8极多输入端口开关磁阻电动机的两种分组控制方式,利用移相变压器的降压作用,本文给出800 kW和1 600 kW两种高电压和更大功率等级SRD的具体实施方案。

3.3.1 800 kW组合式高压大功率SRD

800 kW组合式高压大功率SRD由1台移相变压器,2台1 140 V/400 kW控制器,1台800kW 12/8极双输入端口电动机构成,如图6所示。

系统中,6个移相电源皆由1台三相变压器的副边提供,因此,在线电压大小不变的前提下,相位被方向相反地错开了±π/12电角度。重载情况下,变压器副边绕组理想状态的相电流波形如图7所示。

3.3.2 1 600 kW组合式高压大功率SRD

1 600 kW组合式高压大功率SRD由1台移相变压器、4台1 140 V/400 kW控制器、1台1 600 kW 12/8极4输入端口电动机构成,如图8所示。

系统中,12个移相电源,皆由一只三相变压器的副边提供,副边共12个绕组分为三相,每个绕组为延边三角形接法,在线电压大小不变的前提下,相位被错开了±π/24电角度。每个绕组接一个功率模块,这种移相接法可以有效地消除23次以下的谐波。

根据文献[5]中所述的变压器磁势平衡理论:800 kW功率等级中,电网侧基波电流方均根值占绕组电流方均根值的百分数为:(IWZ1/IWZ) 100%=98.95%;1 600 kW功率等级中,电网侧基波电流方均根值占绕组电流方均根值的百分数为:(IdWZ1/IdWZ) 100%=99.8%。所以,系统经移相变压器进行隔离降压后,使得电网的输入侧功率因数一般可以达到0.96以上,对电网的谐波干扰符合国家标准要求。

组合式高压大功率SRD中,由于多输入端口开关磁阻电动机采用的是绕组分组驱动,使得各控制器之间电气相互独立。因此为多控制器驱动方式提供电源的移相变压器,除文中所述的两种类型外,还可以采用体积小、功耗低、结构简单、副边为自耦型的移相变压器。

4 结论

组合式高压大功率SRD,采用现有成熟技术,即实现了高压大功率调速,又保证了产品的可靠性。因此,在电气传动领域,具有广阔的应用前景和市场潜力。它的优点可以概括如下。

1)利用多台SRD控制器组合成驱动器,技术成熟,可靠性高。

2)多台控制器同步驱动1台大功率电机,突破了控制器单机容量限制,实现了大功率电机调速。

3)多输入端口电机,叠加了来自多台控制器的输入能量。当1台控制器故障时,可切除故障控制器,电机输出功率有所降低外,可维持正常工作,大大提高了系统工作可靠性。

4)使用移相变压器降低电源电压,解决了高压调速难题。

5)使用移相变压器的Y/△变换或多副边特点,实现了12或24脉冲整流,使电网的功率因数大幅度提高,谐波大幅减小。

综上所述,应用本技术方案的系统,既能实现性能可靠的大功率调速又能发挥SRD的特长,可以满足工业电气传动领域各种大功率应用场合的需要。具有提高调速性能、安全生产、节能降耗等优异性能,为用户解决工作中遇到的各种调速难题,并分享使用最新技术带来的巨大效益。

参考文献

[1]高超,张志学,毕伟.伺服型开关磁阻调速电动机应用优势[J].锻造与冲压,2008(8):56-57.

[2]胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]高超.开关磁阻电动机每相绕组线卷分组驱动装置[P].实用新型专利,20170292.9.2007.

[4]高超.一种适合在节电领域推广应用的电动机SRD[J].变频技术应用,2008(3):59-60.

[5]钱长生,齐嘉瞻,李国新,等.24脉波整流变压器电流的谐波计算分析[J].变压器,2007(12):1-7.

提高高压大功率泵站的系统效率 第7篇

1.1 河口采油厂共有高压大功率注水泵站6座,其耗电量占全

厂总用电量的三分之一以上,各站系统效率的高低直接影响到我厂的用电总量。以我厂采油二矿义一注水站为例:该站日常开泵2台,泵干压差为2.6MPa,平均日注水量约为4523.1m3,注水平均单耗为6.89kWh/m3,注水泵平均效率为48.95%,注水系统效率为38.5%。各项参数均未达到我厂规定的生产运行指标(注水系统效率50%,注水泵效率70%,注水用电单耗6.75kWh/m3,泵干压差≤2.5Mpa)。严重影响了正常注水,同时耗能居高不下。

1.2 由于我厂各高压大功率泵站建站时间较早,机泵长时间持

续运行磨损严重,同时机泵运行管理保护手段落后,导致故障发现不及时,故障发生率高。

2 现状调查

河口采油厂采油二矿义一注水站拥有注水泵机组3台,离心泵为DF120-150×10型,适配原电机为YKSY1000-2型6000V、1000kW高压电动机。离心泵主要技术参数为:额定流量120m3/h,扬程1500m,转速2950r/min,额定泵效70%。该站为满足注水需要,必须开2台泵同时运行,为了将汇管干压控制在12~13MPa之间,通过调节各泵的出口电动阀开度控制泵出口排量控制干压,造成泵压力在15MPa左右。

3 原因分析

3.1 汇管压力不易控制:控制汇管压力方法落后,排量与压力成反比,造成不易控制汇管压力。

3.2 传统的电机控制模式:电机只能工频运行,是机组系统效率低下的主要原因。

3.3 泵、干压差大:传统的控制方式造成泵压、干压差大,耗能居高不下。

3.4 缺乏报警、保护措施:现有的机组保护主要是通过操作人员巡视观测。

4 制定对策

针对4条主要因素,我们展开讨论,制定了如下对策:

4.1 汇管压力不易控制:

推广应用PLC自动化控制技术,加装汇管压力自动跟踪装置。根据压力变化自动调节机组运行,实现汇管压力的稳定。

4.2 传统的电机控制模式:

推广应用高压变频调速技术(VVVF技术)。实现机组的软启动、变频运行,注水泵效率提高到75%。

4.3 泵、干压差大:

变频运行时调节电动阀开度至100%,消除泵、干压差。实现泵、干压差基本平衡,平均注水单耗减少25%。

4.4 缺乏报警保护措施:

推广应用DCS自动化监控和故障诊断技术,对机组运行情况、液位、压力等关键部位加装自动化信息采集装置。实施机组运行自动监控和数据的自动采集传输,实现故障自动诊断、自动保护。

5 实施对策

5.1 加装GENⅢ高压变频器。

我们对采油二矿义一注水站的3台6000V、1000kW电机加装了GENⅢ高压变频器。系统采用一控三的控制方式,当电机变频运行时,自动以恒转矩、零频率启动,解决了原电机工频运行时系统效率低的问题。

5.2 应用PLC自动化控制技术。

在安装GENⅢ高压变频器的同时,我们应用了PLC自动化控制技术。通过应用PLC自动化控制技术,我们可以控制GENⅢ高压变频器按照预先设定的汇管压力实现自动稳压运行。从而彻底解决了汇管压力不易控制的问题。

5.3 建设高压大功率泵站DCS自动化监控系统。

面对目前高压大功率泵站缺乏报警、保护措施现状,我们推广应用DCS自动化监控和故障诊断技术,对大功率机组运行情况、液位、压力等关键部位加装自动化信息采集装置。高压大功率泵站DCS自动化监控工作站的建立,实现了机组运行自动监控;实现了数据的自动采集和传输;提高了注水时率和自动化管理水平。从而有效的解决了注水泵站缺乏报警、保护措施的问题。

5.4 建立自动化操作规程和管理制度。

由于采用了DCS自动化监控技术和高压变频调速技术等新技术,我们建立了一套与之相适应的自动化操作规程和管理制度,要求现场操作人员严格按照操作和管理制度进行日常操作和管理。

6 效果检查

通过对影响高压大功率注水泵站系统效率的原因进行深入细致的分析和研究,实施相应的措施后取得了明显的效果。实现了各项运行参数的实时采集显示和电机的变频控制,同时运用图形实时动态模拟显示、动画仿真功能,在DCS自动化监控系统工作站上直观地显示机组设备的工作状态、相关参数值和机泵的运行特性、工况点、泵效监测趋势图、轴承温度、定子温度变化曲线等功能。实现了高压大功率机组的变频调速运行,消除系统泵干压差,全面提高了高压大功率泵站的系统效率和站内管理水平,提高了站内设备完好率,消除人为因素影响,从而综合提高高压大功率注水泵站的系统效率。措施实施后,注水平均单耗由措施前的6.89kWh/m3降低为4.44kwh/m3,站内注水系统效率由措施前的38.5%提高到75.7%。

7 结束语

高压大功率电机 第8篇

调兵山煤矸石电厂2300MW循环流化床锅炉工程是一项燃用煤矸石的清洁、高效、环保项目。由于循环流化床锅炉是正压运行锅炉, 风机出口运行压力与常规负压煤粉锅炉风机相比明显提高, 每台锅炉有10台6k V大功率高压风机, 尤其是一次风机出口风压可达到28k Pa, 电机额定功率3100k W, 因此该厂综合厂用电率高达11%。

对于大型循环流化床锅炉机组来说, 采用高压电机变频器是降低厂用电的有效手段, 调兵山电厂首先在高压一次风机、凝结水泵、电动给水泵等大功率设备上采用了变频器, 厂用电率下降至9.1%。在变频器技改投运初期, 由于大功率变频器在设计、运行、维护等方面存在问题, 导致变频电机多次故障跳闸, 引起锅炉灭火等事故, 经济损失很大。2013年4月24日, 2A一次风机电机变频器重故障引发的循环流化床锅炉BT事件, 影响当日发电量18.7万k Wh, 折合人民币7.7万余元。由于原因不清, 不得不将2台一次风机电机由变频切换到工频运行, 每个月多耗厂用电30万k Wh, 折合人民币12.4万余元。仅2013年一季度就发生3次类似变频器故障。因此, 深入分析变频器运行中出现异常故障原因所在, 总结运行维护经验, 对今后变频器的扩大应用有着重要的实践意义。

1 故障简介

辽宁调兵山煤矸石电厂新建工程安装2300M W亚临界循环流化床直接空冷汽轮发电机组, 每台机组共有6k V电机, 23400k W引风机, 23100k W一次风机, 22000k W二次风机, 35200k W电动给水泵, 4800k W高压流化风机, 2900k W凝结水泵, 2315k W循环冷却水泵, 2450k W闭式循环冷却水泵;30台132k W/380V空冷风机, 厂用电率为11%, 电动给水泵、一次风机、循环冷却水泵电机均由东方日立 (成都) 电控设备有限公司提供, 均已经过技术改造为变频/工频互相切换运行方式。因此, 变频器运行稳定、可靠, 对于有效降低厂用电率非常重要。

调兵山煤矸石电厂1#锅炉1 B一次风机变频器于2013年1月10日报“重故障”风机跳闸锅炉灭火发电机解列停机, 变频器显示C1单元驱动故障;3月26日正常启机, 运行28h后1B一次风机变频器再报“重故障”跳闸, 变频器仍然显示C1单元驱动故障;2013年4月24日2#锅炉2A一次风机变频器报“重故障”停机, 变频器显示B4单元驱动故障。

2 原因分析

通过实践检验, 发现故障原因既不是常规的变频器失电, 也不是过热过流故障, 而是连续三次功率单元驱动故障。2013年4月1日, 生产厂家技术人员在低压模式 (空载) 下对高压电机变频器单元单体波形进行测试, 重点测试了C1单元, 测试波形并无异常。

上述测试结果为变频器在更换C1单元控制板和驱动板之后测得, 更换板件之后又连续发生了2次相似的单元驱动故障, 所以可以判定第一次出现高压风机电机故障停机并非变频器控制板或者驱动板故障所致, 而是该单元本身为故障单元。由于现场没有单独测试带载单元的工装和仪器, 所以该单元的详细故障只能发回生产厂家检测分析。

返厂单元检测结果发现:外观检查无异常;各项功能测试正常;老化带载连续运行72h无异常。因此, 初步分析为变频器周围存在干扰源。

对该单元进行结构及布线检查, 发现单元控制板及驱动板间连接线缆 (驱动信号线) 与输出母排间距非常近。

根据上述情况以及其他应用现场类似故障情况 (变频器功率3500~3750k VA功率段, 功率单元为同一种工艺) 综合分析认为, 造成此次驱动故障的原因有:

1) 由于设计缺陷导致单元控制板及驱动板间连接线缆 (驱动信号线) 与输出母排间距近造成干扰引发驱动故障;通过辐射或电源线侵入变频器的内部, 引起控制回路误动作, 造成工作不正常或停机。

2) 由于设计缺陷导致驱动故障检测回路配置不匹配引发驱动故障。

3 改进措施

3.1 板件改进措施

1) 检查现场所有单元布线, 发现单元控制板及驱动板间连接线缆 (驱动信号线) 与输出母排间距过近的问题, 现场整改。

2) 此类故障在其他现场或其他公司产品中也有类似发生, 对此生产厂家已经对变频器的驱动回路进行了改进设计, 优化了驱动故障检测回路, 并取消驱动故障的报警回路。具体实施方案为:每个单元的驱动板剪掉D314二极管, 去掉ERR线。改进后, 驱动保护功能仍能对IGBT异常进行保护, 同时又能有效避免驱动故障误动作。如果出现IGBT异常或输出短路, 变频器仍能正常保护停机, 不会对变频器造成任何损害。目前, 该技术已作为标准配置在量产的变频器上应用。

3) 将现场2台机组共4台一次风机变频器均按照以上处理方案优化, 以免再次引起类似故障发生。

4) 出于提高系统安全可靠性, 消除安全生产隐患的目的, 建议对现场变频器的旁路方式由手动改为自动。

3.2 运行维护措施

1) 设备部电气一次专业人员加强对一次风机变频器巡检, 定期清扫变频器滤网, 保证设备运行环境良好。

2) 在变频器停备状态下, 定期对变频器进行低压上电检查, 查找周边环境、电源异常、雷击、感应雷电、电源高次谐波等设备隐患, 及时排除避免启机后发生故障。

3) 设备部电气一次专业人员与厂家探讨变频器其它易发生的故障, 及时采购变频器备件, 保证发生故障后能够及时处理。

4) 在变频器室内通风口增加防护滤网, 防止变频器室内部积灰。

4 结语

从调兵山电厂一次风机电机变频器特殊故障现象分析看来, 既不是变频器失电也不是设备过热过流故障, 或是DCS远程无法调节频率, 或者欠电压、缺相等常见故障, 而是连续三次功率单元驱动故障。经过改进板件后, 投入运行至今未发生单元驱动故障类似现象, 说明故障改进方法是合理的。变频器生产厂家不仅要解决好变频器的一些常见故障, 更要注意变频器板件设计制造工艺水平, 减少不必要的干扰。同时, 应用过程中也要加强运行、维护每一个环节, 有效地提高变频器运行的稳定性、可靠性。

参考文献

[1]蔡光节.变频器的谐波干扰与抑制[J].节能, 1999, (11) :44-45.

[2]贾林妮, 肖衍党.烧结余热发电项目中高压变频器的应用[J].节能, 2013, (5) :62-65.

[3]徐鹏青.异步电动机调速变频器容量的选择[J].节能, 1993, (3) :32.

[4]李曙光.工业锅炉节能改造应用变频器需注意的问题[J].节能, 2001, (3) :43-15.