空壓機(jī)電氣啟動過程簡析

李錫剛 李倩 亓效亮 王曉琳

【摘要】本文對某公司新建60000m?/h空壓機(jī)電氣啟動的過程進(jìn)行闡述，同時也對同步電動機(jī)采用變頻軟啟動的啟動方式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，優(yōu)化制氧機(jī)啟動時電氣操作步驟，達(dá)到快速、穩(wěn)定的啟動要求。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī);電動機(jī);變頻啟動

Abstract：The Shandong iron and steel company Laiwu branch，new process 60000m?/h Air compressor electrical startup is described，the advantages and disadvantages of start-up mode with frequency soft starting of synchronous motor is analyzed，the optimization of oxygen making machine startup electrical operation steps，achieving fast，stable starting requirements.

Key word：Air compressor;Motor;Frequency conversion start

一、前言

某公司新建60000m?/h制氧機(jī)工程是其近年來重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，該空壓機(jī)是德國林德公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，目前處于國內(nèi)制氧系統(tǒng)領(lǐng)先水平，本文所闡述的空壓機(jī)為ABB公司的AMS-1120SH型無刷同步電動機(jī)，容量為29MW，采用變頻軟啟動方式進(jìn)行啟動，目前已投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定，滿足正常的生產(chǎn)需求。

二、空壓機(jī)電氣組成

按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，空壓機(jī)電氣部分包括進(jìn)線隔離柜一臺、空壓機(jī)運(yùn)行柜一臺、變頻軟啟動器電源柜一臺、變頻軟啟動器輸出柜一臺、電纜連接柜兩臺、勵磁柜一臺、LCI單元（變頻軟啟動器）。當(dāng)運(yùn)行柜、電源柜及輸出柜三臺斷路器置于工作位置，保護(hù)裝置選擇遠(yuǎn)程控制，且勵磁柜電控允許，則由DCS（集散控制系統(tǒng)）進(jìn)行開停車控制。三臺斷路器啟動切換程序編制在勵磁柜內(nèi)的PLC邏輯內(nèi)。三臺斷路器之間有必要的硬接點(diǎn)連鎖，在空壓機(jī)旁、中控室配有緊急停車按鈕，開關(guān)柜上也具有機(jī)械緊停按鈕，以確保設(shè)備安全。

圖1 啟動原理圖

三、空壓機(jī)啟動過程描述

1.啟動控制原理

DCS啟動命令下達(dá)后，先合上變頻軟啟動器輸出柜斷路器（OCB）和變頻軟啟動器電源柜斷路器（ICB），再合上勵磁電源接觸器，此時勵磁柜采用恒勵磁電流（FCR）控制模式，勵磁電流由LCI（變頻軟啟動器）控制，向同步機(jī)交流勵磁發(fā)電機(jī)的定子三相繞組供電。交流勵磁機(jī)的轉(zhuǎn)子與同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸，在勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組端部感應(yīng)出三相交流電壓，由固定在同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸的二極管旋轉(zhuǎn)整流器整流成直流電壓，施加在無刷同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組上，為其提供持續(xù)的勵磁電流。（啟動原理圖如圖1所示）

高壓電流經(jīng)ICB至降壓變壓器TLS（將10kV電壓降為2090V），然后通過變頻器LCI經(jīng)過整流、逆變把變化著的電壓和頻率輸出到升壓變壓器TMS（再將2090V電壓重新變?yōu)?0KV），啟動初始時為防止大電壓變化率對電動機(jī)沖擊，經(jīng)由旁路Bypass至OCB，當(dāng)轉(zhuǎn)速為150rpm時，斷開Bypass開關(guān)后切至升壓變壓器TMS運(yùn)行，電機(jī)繼續(xù)加速至1500rpm時，變頻器LCI對電壓互感器T1和T2二次側(cè)信號進(jìn)行比較，當(dāng)電壓差小于5V，頻率差小于0.2Hz，相位差為零時，空壓機(jī)運(yùn)行柜RCB斷路器吸合，同時ICB及OCB斷開，電動機(jī)全壓運(yùn)行，電機(jī)啟動完成后，LCI控制系統(tǒng)退出運(yùn)行，勵磁控制模式轉(zhuǎn)為功率因數(shù)PF控制模式，啟動時間約120秒。

圖2 空壓機(jī)電動機(jī)啟動特性圖

圖3 空壓機(jī)電動機(jī)機(jī)械特性圖

2.啟動特性

空壓機(jī)電動機(jī)啟動特性圖如圖2所示。如上文所述，電動機(jī)定子通入電樞電流、轉(zhuǎn)子加勵磁電流，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待其進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)（150rpm）后逐漸升高電樞頻率，電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高。

3.機(jī)械特性

空壓機(jī)電動機(jī)機(jī)械特性圖如圖3所示。

電動機(jī)啟動時，對電機(jī)施加的初始電流拖動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場建立關(guān)系后，逐漸升高電樞電壓，使電動機(jī)平滑加速。

四、存在問題及處理方法

1.空壓電機(jī)容量為29MW，啟動轉(zhuǎn)矩較大，因此需要較大啟動電流方可滿足啟動要求，在設(shè)置啟動參數(shù)時，增大啟動電流雖然能增大啟動轉(zhuǎn)矩，但也會使電機(jī)振動加大，電機(jī)機(jī)械特性所示波動增大，損傷電機(jī)本體;啟動電流較小時，不能有效的拖動設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致多次啟動失敗的情況出現(xiàn)，不能滿足生產(chǎn)的要求。鑒于此種情況，通過多次試驗(yàn)的對比、研究，我們找出了符合實(shí)際要求的啟動電流臨界值，既能可靠的拖動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)又能滿足機(jī)械特性要求，從而有效的解決了空壓機(jī)電機(jī)多次啟動不成功的難題。

2.空壓機(jī)變頻啟動不成功時，LCI單元面板會有錯誤類型提示，但此時LCI單元并未停止繼續(xù)啟動設(shè)備，而保持持續(xù)運(yùn)行模式，只能通過人為的拍下急停按鈕來中斷啟動，這就增加了設(shè)備運(yùn)行的不安全隱患。變頻器啟動過程控制是通過PLC程序來實(shí)現(xiàn)，消除此項(xiàng)缺陷只能更改程序來完成，根據(jù)設(shè)備參數(shù)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，當(dāng)啟動14秒時，電機(jī)轉(zhuǎn)速小于150rpm時，視為此次啟動失敗，終止啟動，將命令增加至PLC中，有效的解決了該項(xiàng)問題。

五、結(jié)論

該機(jī)組目前是某公司最大的制氧機(jī)組，空壓機(jī)電機(jī)目前已安全順利的運(yùn)行了半年多時間，每次啟動都十分順利，采用變頻軟啟動器方式啟動既減小了對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，又滿足了制氧工藝、機(jī)械系統(tǒng)的要求，是大型同步電機(jī)比較理想的啟動方式。

參考文獻(xiàn)

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