论文部分内容阅读
【摘要】变频器具有启动平稳、力矩大的特点，某矿根据进线电网的容量及保护的需求，采用大功率变频器作为该矿主运皮带的运行设备，随着运行环境及设备状况的变化，运行中的变频器偶尔会发生故障现象，使主运输皮带停止停运，影响矿上的生产。为保障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研和比较，决定采用软启动器作为变频器的备用启动设备，通过合理设计、安装、参数的设置，解决了变频器故障情况下电机的可靠运行，提高了主运输皮带的可靠性。
【关键词】煤矿；主运输；变频器；软启动
大型电机设备起动运行时形成的线路压降，难免会对运行中的其他设备产生影响。变频器在启动电动机时具有启动力矩大、机械、电气冲击小的特点决定。而国外的变频器具有技术性能先进、可靠性高的特点，采用国外原装进口变频器作主运输皮带的启动设备，开始时运行一直很平稳，随着运行环境及设备状况的变化，不时发生变频器损坏的现象，影响矿上的生产，为保障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研和比较，决定采用软启动器作为变频器的备用启动设备，通过对该矿主运输皮带电机的供电现状的分析计算，通过设计、安装、调试，解决了变频器故障的情况下主运输皮带的可靠运行。
1.该矿主运皮带及电网情况的介绍
该矿主运皮带长1200m，皮带倾角15°，皮带67芯，厚20cm，皮带带速为4m/s，运力为100t/h，皮带提升高度为388m，随着该矿生产能力的扩大，该矿原来主运输皮带的运输能力已不能满足该矿生产的需求，于是该矿对现有的主运皮带及设备进行了升级改造，将原有电机更换为YPT5001-4型，额定工作电压690V、额定功率710kW，工作电流707A，由于该矿在电网建设初期的设计计算容量及设备选型设计是根据当时该矿的生产能力进行设计和选型。如果采用直接启动方式会对高压供配电系统造成冲击，并有可能造成主进线断路器跳闸（如图1ZF4-126VT，该断路器是矿上的总进线断路器，主变压器出线至变频器高压开关柜距离<50m，供电系统如图1所示），该断路器断电会造成整个矿井停电，危及矿上的生产安全。
图1 矿井供电系统图
由于变频器在启动电动机时具有启动力矩大、机械、电气冲击小的特点，同时可根据负荷的变化调整变频器的输出频率，调整电机转速，达到节能的目的。该矿决定采用进口变频器作为该主运皮带的电气拖动设备，该设备自投入运行后一直很平稳。但，由于环境以及负荷均衡的变化，偶尔会发生变频器损坏的现象，影响矿上的生产，为保障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研和比较，决定采用软启器作为变频器的备用启动设备，通过对该矿主运输皮带电机的供电现状的分析计算，通过设计、安装、调试，解决了变频器故障的情况下，主运输皮带的可靠运行。
变频器供电系统如图2所示，电源采用12脉波整流变压器做为变频器的进线变压器。QF1和QF2、QF3和QF4分别为变压器二次副变绕组的进线端。在软起动现场调试时断开QF1和QF2、QF3和QF4中任一隔离开关的输入、输出端，同时将电机进线端U1、V1、W1接软启动器的输出端。
图2 主运皮带变频器供电系统图
2.软启动柜的设计
2.1 软启柜的设计要求
a）三台软启动柜之间必须要求可靠的电气故障联锁功能；
b）三台软启动柜必须具有远控、近控功能，并相互联锁；
c）三台软启动柜具有和变频器柜联锁功能，在运行时只能二选其一；
d）操作台能够集中显示电柜进线电压、三台电机电流的功能；
e）每台软启动柜具有可靠的过流、过载、断相等保护功能。
2.2 软起柜主要元器件设计选型
2.2.1 可控硅电流的计算
根据电机参数：Pe=710KW，Ue=660V，Ie=707A（电流方均根值）[1]，因为晶闸管的额定电流是按平均值标定的[2]，正弦半波情况下电流有效值和平均值的比值为I/IT（AV）=1.57[2]（IT（AV）：额定通态平均电流），称为波形系数，可控硅触发时是通过调压的方式来对负载进行启动，随着负载的变化，不同的触发角度对应不同的波形系数，而按照正弦半波时的波形系数进行计算，相比对于可控硅的准确计算略大，但这样确好保证了可控硅设计选型的可靠性，则其每相平均值I/ITAV= 707/ITAV=1.57，ITAV=450.3A，由于每相由两个可控硅反并联组成，则每元件平均电流Id=1/2ITAV=225.15A，因为控制板的电流限制范围为0～6Ie，根据现场前端高压开关柜的保护整定值，将软启动柜的参数限定起动过载倍数为3.5～4Ie，则起动过程每元件平均电流Id1=4Id=4×225.15=900.6A，考虑晶闸管的安全系数1.15，则Id1=1035.7A。
2.2.2 可控硅电压的计算
由于可控硅的开通后关断是由电网电压自然关断，实际选型设计为电网电压峰值基础上的2～3倍，由于U=660V，则VDRM（VRRM）=（2～3）V=×660×3=2799.7（V）。
3.调试过程中出现的主要问题及解决办法
3.1 软启动柜参数的设置
在安装调试过程中，由于该矿原来采用变频器作为电机的启动设备，启动过程时间比较长，启动力矩比较大，对电网的冲击比较小；而软启动的虽然也是降压起动，但起动电流还是比较大。显然高压开关柜的整定值已不符合软启动柜的起动特性，当软启动整定为4Ie，高压开关柜上显示的电流为217A，高压开关柜过流保护延时大约1～2s的时间就立刻跳闸，导致起动无法完成。三台软启动柜起动几乎完全一样，为保证起动上网顺利进行，将其余两台的软起动柜参数设置（电流倍数和时间）与主软启动参数设置略有不同，形成错峰起动。
3.2 高压开关柜的控制线路的改造
为了让高压开关柜躲过软启柜的起动电流，在高压软启动柜里增加了一个时间延时继电器，如下图中的时间继电器SJ，在启动时软启动信号闭合，时间继电器工作，当切换到旁路时KM信号断开，切断时间继电器的工作回路，同时高压开关柜的过流、速断保护投入工作，确保线路在软启动柜起动完成后的可靠运行及保护。
图3 高压开关柜控制电路[3]
本文通过合理的设计、安装及参数的设置，保障了该矿在变频器出现故障的情况，主运皮带的可靠运行，对于有类似情况的设计有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]蒋光祖.晶闸管交流电力控制器[M].北京：机械工业出版社，1988.
[2]黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3]褚伟楠，付斌杰等.变电站自动化工程图集[M].北京：中国电力出版社，2003.
作者简介：杨维义（1971—），男，江苏扬州人，现供职于中煤科工集团常州自动化研究院。
【关键词】煤矿；主运输；变频器；软启动
大型电机设备起动运行时形成的线路压降，难免会对运行中的其他设备产生影响。变频器在启动电动机时具有启动力矩大、机械、电气冲击小的特点决定。而国外的变频器具有技术性能先进、可靠性高的特点，采用国外原装进口变频器作主运输皮带的启动设备，开始时运行一直很平稳，随着运行环境及设备状况的变化，不时发生变频器损坏的现象，影响矿上的生产，为保障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研和比较，决定采用软启动器作为变频器的备用启动设备，通过对该矿主运输皮带电机的供电现状的分析计算，通过设计、安装、调试，解决了变频器故障的情况下主运输皮带的可靠运行。
1.该矿主运皮带及电网情况的介绍
该矿主运皮带长1200m，皮带倾角15°，皮带67芯，厚20cm，皮带带速为4m/s，运力为100t/h，皮带提升高度为388m，随着该矿生产能力的扩大，该矿原来主运输皮带的运输能力已不能满足该矿生产的需求，于是该矿对现有的主运皮带及设备进行了升级改造，将原有电机更换为YPT5001-4型，额定工作电压690V、额定功率710kW，工作电流707A，由于该矿在电网建设初期的设计计算容量及设备选型设计是根据当时该矿的生产能力进行设计和选型。如果采用直接启动方式会对高压供配电系统造成冲击，并有可能造成主进线断路器跳闸（如图1ZF4-126VT，该断路器是矿上的总进线断路器，主变压器出线至变频器高压开关柜距离<50m，供电系统如图1所示），该断路器断电会造成整个矿井停电，危及矿上的生产安全。
图1 矿井供电系统图
由于变频器在启动电动机时具有启动力矩大、机械、电气冲击小的特点，同时可根据负荷的变化调整变频器的输出频率，调整电机转速，达到节能的目的。该矿决定采用进口变频器作为该主运皮带的电气拖动设备，该设备自投入运行后一直很平稳。但，由于环境以及负荷均衡的变化，偶尔会发生变频器损坏的现象，影响矿上的生产，为保障主运输皮带运行的可靠性，该矿经过技术调研和比较，决定采用软启器作为变频器的备用启动设备，通过对该矿主运输皮带电机的供电现状的分析计算，通过设计、安装、调试，解决了变频器故障的情况下，主运输皮带的可靠运行。
变频器供电系统如图2所示，电源采用12脉波整流变压器做为变频器的进线变压器。QF1和QF2、QF3和QF4分别为变压器二次副变绕组的进线端。在软起动现场调试时断开QF1和QF2、QF3和QF4中任一隔离开关的输入、输出端，同时将电机进线端U1、V1、W1接软启动器的输出端。
图2 主运皮带变频器供电系统图
2.软启动柜的设计
2.1 软启柜的设计要求
a）三台软启动柜之间必须要求可靠的电气故障联锁功能；
b）三台软启动柜必须具有远控、近控功能，并相互联锁；
c）三台软启动柜具有和变频器柜联锁功能，在运行时只能二选其一；
d）操作台能够集中显示电柜进线电压、三台电机电流的功能；
e）每台软启动柜具有可靠的过流、过载、断相等保护功能。
2.2 软起柜主要元器件设计选型
2.2.1 可控硅电流的计算
根据电机参数：Pe=710KW，Ue=660V，Ie=707A（电流方均根值）[1]，因为晶闸管的额定电流是按平均值标定的[2]，正弦半波情况下电流有效值和平均值的比值为I/IT（AV）=1.57[2]（IT（AV）：额定通态平均电流），称为波形系数，可控硅触发时是通过调压的方式来对负载进行启动，随着负载的变化，不同的触发角度对应不同的波形系数，而按照正弦半波时的波形系数进行计算，相比对于可控硅的准确计算略大，但这样确好保证了可控硅设计选型的可靠性，则其每相平均值I/ITAV= 707/ITAV=1.57，ITAV=450.3A，由于每相由两个可控硅反并联组成，则每元件平均电流Id=1/2ITAV=225.15A，因为控制板的电流限制范围为0～6Ie，根据现场前端高压开关柜的保护整定值，将软启动柜的参数限定起动过载倍数为3.5～4Ie，则起动过程每元件平均电流Id1=4Id=4×225.15=900.6A，考虑晶闸管的安全系数1.15，则Id1=1035.7A。
2.2.2 可控硅电压的计算
由于可控硅的开通后关断是由电网电压自然关断，实际选型设计为电网电压峰值基础上的2～3倍，由于U=660V，则VDRM（VRRM）=（2～3）V=×660×3=2799.7（V）。
3.调试过程中出现的主要问题及解决办法
3.1 软启动柜参数的设置
在安装调试过程中，由于该矿原来采用变频器作为电机的启动设备，启动过程时间比较长，启动力矩比较大，对电网的冲击比较小；而软启动的虽然也是降压起动，但起动电流还是比较大。显然高压开关柜的整定值已不符合软启动柜的起动特性，当软启动整定为4Ie，高压开关柜上显示的电流为217A，高压开关柜过流保护延时大约1～2s的时间就立刻跳闸，导致起动无法完成。三台软启动柜起动几乎完全一样，为保证起动上网顺利进行，将其余两台的软起动柜参数设置（电流倍数和时间）与主软启动参数设置略有不同，形成错峰起动。
3.2 高压开关柜的控制线路的改造
为了让高压开关柜躲过软启柜的起动电流，在高压软启动柜里增加了一个时间延时继电器，如下图中的时间继电器SJ，在启动时软启动信号闭合，时间继电器工作，当切换到旁路时KM信号断开，切断时间继电器的工作回路，同时高压开关柜的过流、速断保护投入工作，确保线路在软启动柜起动完成后的可靠运行及保护。
图3 高压开关柜控制电路[3]
本文通过合理的设计、安装及参数的设置，保障了该矿在变频器出现故障的情况，主运皮带的可靠运行，对于有类似情况的设计有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]蒋光祖.晶闸管交流电力控制器[M].北京：机械工业出版社，1988.
[2]黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3]褚伟楠，付斌杰等.变电站自动化工程图集[M].北京：中国电力出版社，2003.
作者简介：杨维义（1971—），男，江苏扬州人，现供职于中煤科工集团常州自动化研究院。