高壓變頻器無擾同步軟啟動功能的應(yīng)用研究

王爽 劉婷

臥龍電氣集團遼寧榮信電氣傳動有限公司 遼寧鞍山 114018

緩解交流高壓電動機啟動沖擊一般采取以下幾種軟啟動手段：第一種是固態(tài)可控硅軟啟動；第二種是液力耦合軟啟動；第三種是自耦降壓啟動。無論針對哪種啟動方式而言，其最佳效果也只能確保啟動沖擊電流在兩倍左右，倘若受到電網(wǎng)容量約束，那么就不能令電機啟動沖擊問題得到妥善處理，而此時借助于用變頻器無擾動同步軟啟方式就可以解決上述難題。

1 切換方式的選擇與比較

對變頻器軟啟動電機進行充分利用，一般有如下控制手段：異步投切。當(dāng)電機通過變頻器啟動達到工頻后，先斷開變頻器輸入輸出開關(guān)，再閉合旁路開關(guān)，工頻電源投入，電機工頻運行。顯然這種方式容易上手，但在投入工頻電源瞬間易造成2-3倍左右沖擊，嚴重時能達到5倍左右，對系統(tǒng)影響較大，易增加切換失敗概率。

無擾動同步切換。變頻器拖動電機加速到工頻轉(zhuǎn)速后，再通過尋相裝置對變頻器輸出加以調(diào)整，使變頻器和工頻電源側(cè)保持指標相同，直到檢測無誤之后，先閉合旁路開關(guān)，電機處于工頻和變頻同步供電狀態(tài)，后斷開變頻器輸入輸出開關(guān)，變頻器退出。對這種控制方式分析后可知，其在電源切換時不會形成沖擊電流，是現(xiàn)階段效果明顯的電機軟啟方式[1]。

2 高壓變頻器無擾同步軟啟動功能的應(yīng)用

2.1 項目介紹

某公司排水泵房共安裝有6臺6kV/1000kW排水泵，因受到電網(wǎng)容量約束，6臺排水泵無法全壓直接啟動，解決方案為采用臥龍電氣集團遼寧榮信電氣傳動有限公司非常成熟的無擾同步軟啟動技術(shù)對4臺排水泵進行改造，旨在早日實現(xiàn)軟啟動。

2.2 主回路構(gòu)成

如圖1所示，系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：變頻軟啟動器、進線開關(guān)KM1、出線開關(guān)KM2、旁路開關(guān)KM3、輸出緩沖器L及其旁路開關(guān)KM4。變頻器內(nèi)集成尋相裝置，是在電力系統(tǒng)運行過程中執(zhí)行并網(wǎng)時使用的指示、監(jiān)視、控制裝置，它可以檢測并網(wǎng)點兩側(cè)的電網(wǎng)頻率、電壓幅值、電壓相位是否達到條件，以實現(xiàn)自動并網(wǎng)。通過將其采集結(jié)果反饋到PLC中，比對電網(wǎng)電壓條件來對變頻器輸出電壓參數(shù)加以調(diào)節(jié)直至變頻器進入電壓跟隨狀態(tài)，滿足同步切換并網(wǎng)條件，PLC下達指令接通網(wǎng)側(cè)電源，在整個環(huán)節(jié)中電網(wǎng)和變頻器是處于并網(wǎng)運作狀態(tài)的，直到電網(wǎng)投切徹底結(jié)束變頻器才能成功進入到相應(yīng)的電流控制模式中，目的是為外部開關(guān)切換動作提供諸多的時間，以此來保障同步投切期間的平滑過渡，同時還要確保變頻器封鎖輸出，外部開關(guān)動作，繼而實現(xiàn)電機到工頻的科學(xué)轉(zhuǎn)換[2]。

2.3 輸出緩沖器選型

就輸出緩沖器而言，其通常由電抗器構(gòu)成。結(jié)合多次實踐與論證，6kV/1000kW的異步電動機，其同步切換電抗器是：6kV/120A/2.7mH。

計算公式是V= ù LI =2fLI 。其中V表示電壓降；ù表示角頻率；L表示電抗器電感量；I表示額定電流；f表示額定頻率。

2.4 無擾動同步軟啟控制過程

在系統(tǒng)開啟前期階段，除了要提前對系統(tǒng)做好合閘工作，還要控制電源上電操作，接通每一個低壓電源使控制系統(tǒng)工作。模式選擇包括排水泵變頻調(diào)速模式和排水泵無擾動軟啟模式。

以選擇排水泵無擾動軟啟模式為例，首先將變頻器的輸出開關(guān)KM2合，進線開關(guān)KM1合，變頻器受電發(fā)出啟動指令，變頻器帶動電機從零速開始啟動加速，當(dāng)變頻器拖動電機達到電網(wǎng)側(cè)工頻時即產(chǎn)生與之匹配的電壓波形，通常情況下，尋相裝置鎖相成功，同時滿足相關(guān)要求之后，也會產(chǎn)生相應(yīng)的電壓波形。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出合旁路指令使工頻開關(guān)KM3閉合后，可見如下情況：一變頻器輸出聯(lián)鎖切斷；二變頻器停止輸出；三輸出開關(guān)KM2斷開。在整個環(huán)節(jié)中保持KM1斷開，啟動過程結(jié)束[3]。

鎖相開始至電流控制流程至關(guān)重要，檢測參數(shù)的真實性，各器件動作及時性等均與啟動過程是否順利實現(xiàn)密不可分，而PLC控制器檢測采集、控制響應(yīng)等在整個系統(tǒng)中扮演著重要的角色。

2.5 無擾動同步軟啟改造效果

通過對該項目現(xiàn)場進行驗證，基于變頻器無擾動同步軟啟排水泵的情況下，啟動電流一直控制在相應(yīng)的電流范圍內(nèi)，啟動切換環(huán)節(jié)也處于平穩(wěn)狀態(tài)，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響，達到了理想目的。不僅如此，系統(tǒng)還整合有變頻調(diào)速運行模式，這樣用戶就可以在全面了解自身需求的基礎(chǔ)上對運行模式加以調(diào)節(jié)，繼而促進變頻器使用率的全面提升[4]。

3 結(jié)語

高壓變頻器無擾同步軟啟動技術(shù)的關(guān)鍵在于處理切換期間的大電流問題，所以只有選擇切實可行的輸出緩沖電抗器電感值才容易達到理想的目的。在具體切換期間每一個開關(guān)的精確與切斷結(jié)果均存在著密切的聯(lián)系，盡可能降低鎖相后電網(wǎng)電源和以下參數(shù)的差值是有效降低切換時沖擊電流的關(guān)鍵：一是變頻器輸出電壓幅值；二是頻率等。在整個環(huán)節(jié)中均借助于PLC智能化自動控制，不需要采取人為的方式進行，省時省力。