基于MM430變頻器的空冷風機低電壓穿越改造方式

楊 陽

（山西京能呂臨發(fā)電有限公司，山西呂梁 033200）

西門子MicriMaster430是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列，額定功率從7.5 kW到250 kW可供選擇。該變頻器采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出元件，有很高的運行可靠性和通用性，具備自動再啟動、捕捉再啟動、滑差補償、快速電流限幅等功能。

山西京能呂臨發(fā)電有限公司（以下簡稱“京能公司”）建設有2×350 MW超臨界循環(huán)流化床直接空冷機組，共配有空冷島2座，空冷動力中心PC（power center）8個段，空冷變壓器6臺。每臺機組獨立配置1座空冷島、4個PC段、2臺三繞組工作變壓器，每臺變壓器分別為2個PC段同時提供工作電源，1臺三繞組備用變壓器同時為4個段提供備用電源，其中4個PC段帶30個變頻器（西門子MM430）對應30臺空冷風機電機，每個PC段分別設置1個工作電源和1個備用電源，控制電源均取自空冷島直流分屏（4個PC段公用，為雙電源），并通過備自投裝置進行切換以保證供電的可靠性。每段的變頻器主電源取自各段交流母線，額定電壓為交流電 AC（alternating current）400 V，各變頻器的控制電源也取自各段交流母線，并經(jīng)過各自獨立的控制變壓器將電壓從AC 400 V轉變?yōu)锳C 220 V，

再經(jīng)過各自獨立的電源模塊將電壓從AC 220 V轉變?yōu)橹绷麟奃C（direct current）24 V進入控制回路。影響變頻器運行的主要因素有電壓、電流、溫度和外部原因等[1]，京能公司空冷島變頻器因設計原因受廠用交流電系統(tǒng)電壓影響較大，故本文以解決該問題為主要研究方向。

1 京能公司空冷島風機變頻器控制系統(tǒng)運行中產生的問題

a）1號機電動給水泵（6 100 kW）啟動時，廠用電6 kV 12段U相二次側電壓下降至49.375 V，U相一次側線電壓下降至5 131.20 V，空冷島變壓器變比為6 300 V/400 V。由此可算出廠用電6 kV系統(tǒng)在進行串聯(lián)切換時空冷島PCIII、IV段最低電壓可低至325.791 V，并持續(xù)2 s左右，遠低于變頻器正常工作電壓要求的360 V，導致變頻器停止工作并發(fā)出F0 003（低電壓）報警，需要人工復位報警后才能再次重啟變頻器。

b）2號機廠用電6 kV 22段在進行串聯(lián)切換時V相二次側電壓下降至47.485 V，W相一次側線電壓下降至5 081 V，空冷島變壓器變比為6 300 V/400 V，由此可算出廠用電6 kV系統(tǒng)在進行串聯(lián)切換時空冷島PCIII、IV段最低電壓可低至322.60 V，遠低于變頻器正常工作電壓要求的360 V，導致變頻器停止工作并發(fā)出F0 003（低電壓）報警，需要人工復位報警后才能再次重啟變頻器。

c）空冷島PC段備自投自動切換時會造成1 s左右的電源中斷，導致變頻器停止工作并發(fā)出F0 003（低電壓）報警，需要人工復位報警后才能再次重啟變頻器。

d）空冷島風機變頻器雖然具備自動重啟動功能，但需要一個數(shù)字輸入端保持ON命令不變時才能進行。在串聯(lián)切換時電壓太低導致變頻器數(shù)字輸入端保持ON命令的KA3繼電器斷開，使變頻器失去自動再啟動功能，需要人工復位報警后才能再行啟動。

2 空冷島風機變頻器控制系統(tǒng)改造的思路及方式

2.1 改造思路

a）因空冷島風機變頻器系統(tǒng)設備多，價格昂貴，需要在不改變或者盡可能少地改變原有設備的情況下解決上述問題，以提高空冷島變頻器運行可靠性。

b）西門子MM430型變頻器具備自動再啟動功能，利用該功能通過改變控制回路供電方式來解決問題，能夠極大地降低改造成本并縮短改造工期[2-3]。

c）京能公司空冷島PC配電間設置有一個雙電源供電的110 V直流分屏，供各PC段工作進線開關、備用進線開關控制，可以利用該直流分屏作為改造后的控制電源提供點，以節(jié)省財力、物力。

2.2 改造方式

a）空冷島PC配電間只有一個直流饋線屏，雖然該饋線屏為雙電源供電，但為了保證變頻器運行的可靠性，保留了原有變頻器的交流變直流控制回路，只是要在AC 220 V變DC 24 V的電源模塊出線側新增1個2 A的直流微型斷路器。

b）新增1個DC 110 V變DC 24 V的電源模塊，將該模塊出線經(jīng)直流微型斷路器后接入空冷島風機變頻器控制回路，與原有的變頻器交流變直流控制回路并聯(lián)。該電源模塊為獨立的一拖三型電源模塊，通過輸入一路110 V直流電源，輸出三路相互隔離的24 V直流電源。

c）考慮到空冷島風機變頻器因低電壓停止工作的數(shù)量經(jīng)常是以整個PC段為單位，所以為防止整段變頻器同時自動再啟動而導致負荷電流過大，引起PC段進線開關保護動作，需要設置各變頻器的自動再啟動時間相互錯開，根據(jù)京能公司的實際情況，設置一臺變頻器與下一臺變頻器的第一次自動再啟動時間間隔為3 s，即設置第1臺變頻器 P1 212參數(shù)為3 s，第2臺則為6 s，第3臺則為9 s，以此類推，并投入捕捉再啟動功能。

d）投入變頻器的自動再啟動功能。該變頻器參數(shù)P1 210=0時，自動再啟動功能禁止。當P1 210=1時，變頻器對故障進行確認（復位），即在變頻器重新上電時將故障復位，這就是說，變頻器必須完全斷電，僅僅“電源消隱”是不夠的，在重新觸發(fā)ON命令之前，變頻器是不會運行的。當P1 210=2時，“電源中斷”以后重新上電時，變頻器確認故障F0 003（欠電壓）并重新啟動。這種情況下需要有ON命令一直加在數(shù)字輸入端。當P1 210=3時，只有在變頻器已經(jīng)處于“運行”狀態(tài)下且變頻器發(fā)生故障（F0 003等）時，它才能再啟動。變頻器將確認（復位）故障，并在“電源中斷”或“電源消隱”之后重新啟動。這種情況下需要有ON命令一直加在數(shù)字輸入端。當P1 210=4時，只有在變頻器已經(jīng)處于“運行”狀態(tài)下且變頻器發(fā)生故障（F0 003等）時，它才能再啟動，且變頻器將確認故障，并在“電源中斷”或“電源消隱”之后重新啟動，這種情況下需要有ON命令一直加在數(shù)字輸入端。當P1 210=5時，“電源中斷”后重新上電時，變頻器確認F0 003等故障，并重新啟動。這種情況下需要有ON命令一直加在數(shù)字輸入端（DIN）。當P1 210=6時，在“電源中斷”或“電源消隱”后重新上電時，變頻器確認F0 003等故障，并重新啟動，這種情況下需要有ON命令一直加在數(shù)字輸入端（DIN）。P1 210設置為6時，電動機立即重新啟動。結合我公司實際情況以及設備運行特點和人員安全情況，將該參數(shù)設置為4。

2.3 注意事項

此次改造中，為了防止因空冷島直流分屏電源故障引起變頻器控制回路狀態(tài)改變從而導致空冷島風機變頻器工作停止，保留了原有的AC 220 V變DC 24 V回路，且與新增DC 110 V變DC 24 V回路并聯(lián)。為了保證2個電源模塊互為備用且能在運行當中正常工作，在正常運行中只使用1個電源模塊，即在使用時禁止將“直流模塊輸出控制電源”開關與“交流模塊輸入電源”開關、“交流模塊輸出控制電源”開關同時合閘。目前參考部分空冷島風機具備回暖功能，所以設置空冷島PC段1列1、1列 3、1 列 5、2 列 1、2 列 4、3 列 1、3 列 3、3 列 5、4列 1、4列 3、4 列 5、5列 2、5 列 5、6 列 3、6列 5號風機電機變頻器控制電源使用“直流電源模塊”供電（就地開關標出），1列 2、1列 4、2列 2、2列 3、2列 5、3 列 2、3 列 4、4 列 2、4 列 4、5 列 1、5 列 3、5列4、6列1、6列2、6列4號風機電機變頻器控制電源使用“交流電源模塊”供電。

若有2個直流饋線屏且電源相互獨立的情況下，考慮到2個直流分屏同時失電的幾率微乎其微，所以可以不用保留交流電源供電方式。