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        高電壓大容量球磨機變頻器晃電防治技術(shù)與應(yīng)用

        2020-07-04 02:41:00袁致忠
        機電信息 2020年5期
        關(guān)鍵詞:防治技術(shù)變頻器

        摘要:針對某礦區(qū)因晃電引起電壓波動,造成變頻器等靈敏度較高的設(shè)備跳停的問題,根據(jù)變頻器跳停的具體信息,提出了相應(yīng)的晃電防治技術(shù),可確保生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行。

        關(guān)鍵詞:球磨機;變頻器;晃電;防治技術(shù)

        0 引言

        南方某金屬礦山?準(zhǔn)7.9 m×13.6 m雙驅(qū)溢流型球磨機采用變頻雙邊同步驅(qū)動,電動機采用交流無刷勵磁同步電機兩臺,輸出功率2×8 500 kW,電動機極數(shù)34極,額定電壓10 kV,額定電流510 A,轉(zhuǎn)速176.5 r/min,額定頻率50 Hz;兩臺變頻器型號為TMdrive-MVG2-11 000 kVA-10 kV-730 A,選用一拖一方式,負載均衡度控制在1%以內(nèi)。根據(jù)球磨機負載特性,變頻器每10 min可以有1 min的179%過載能力。

        1 引起晃電的主要原因

        晃電也叫電壓暫降,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 電壓暫降與短時中斷》(GB/T 30137—2013)規(guī)定:“電壓暫將是指電力系統(tǒng)中某點工頻電壓方均根值突然降低至0.1~0.9 pu,并在短暫持續(xù)10 ms~1 min后恢復(fù)正常的現(xiàn)象”,屬于電能質(zhì)量事件之一,嚴(yán)重時將使用電設(shè)備停止工作,或引起產(chǎn)品質(zhì)量下降,而晃電影響的嚴(yán)重性則隨用電設(shè)備的保護特性而有所差異?;坞娨话闶怯衫讚艋蚬╇娋W(wǎng)絡(luò)、變電和用電設(shè)施出現(xiàn)故障或負荷突然出現(xiàn)較大變化引起的,在某些情況下可能會出現(xiàn)供電電壓兩次或多次連續(xù)跌落或中斷現(xiàn)象。引起晃電的主要原因包括以下幾個方面:

        (1)雷擊引起的晃電:雷電屬于一種自然現(xiàn)象,具有電壓高、電流大、破壞性強等特點,高電壓強電流雷電進入供電網(wǎng)絡(luò)時,會造成絕緣最薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)閃絡(luò)或避雷器釋放引起電壓短時間波動。

        (2)電網(wǎng)、供變電設(shè)施的短路故障:當(dāng)電網(wǎng)、供變電設(shè)施的某個局部出現(xiàn)短路故障時,導(dǎo)致電流急劇增大,電壓驟然降低,故障電路中的保護裝置動作,將故障點隔離,電壓恢復(fù)正常,造成同個母線段的電壓瞬間波動,電壓短暫降低。

        (3)大功率負荷投切:大功率負荷全電壓啟動時,啟動電流為額定電流的5~7倍,需要從電網(wǎng)中汲取大量的有功功率和無功功率,這一大電流流過系統(tǒng)阻抗時,將會引起電壓突然下降,導(dǎo)致電壓瞬間波動。

        2 變頻器晃電防治技術(shù)現(xiàn)狀和存在問題

        目前常用的低壓變頻器基本采用交-直-交的電壓型變頻器,低壓變頻器普遍采用以下幾種措施防治晃電引起的設(shè)備跳停。

        (1)采用直流支撐技術(shù)。根據(jù)變頻器工作原理,其直流母線電壓經(jīng)三相整流獲得,電壓大約在510~620 V,如果在變頻器直流母線側(cè)外加相同電壓的不間斷直流電源,當(dāng)市電出現(xiàn)晃電時則由不間斷直流電源供電,實現(xiàn)變頻器的低電壓跨越能力。

        (2)變頻器再啟動。一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電等保護功能,一旦失壓或欠壓,控制電路將停止向驅(qū)動電路輸出信號,電動機將處于自由停車狀態(tài)?;坞娨鹜\嚭箅妷夯謴?fù)正常時,是否能夠可靠啟動變頻器,對變頻器再啟動有一定的條件,首先電壓恢復(fù)時,只有在直流母線電壓達到一定值時啟動變頻器,變頻器才能被可靠啟動;還有些國外的變頻器具有跳閘閉鎖功能,需要先故障復(fù)位,再給變頻器啟動信號才能順利啟動變頻器。目前部分企業(yè)采用變頻器再啟動功能,以減少因晃電造成變頻器跳停的問題。

        (3)采用UPS作為后備電源。當(dāng)市電出現(xiàn)晃電或故障停電時,由UPS自動切換供電,實現(xiàn)交流電源無縫對接,保證變頻器的連續(xù)可靠運行。

        以上措施針對低電壓小容量變頻器具有一定的控制效果,但對于高電壓大容量的變頻器就很難實現(xiàn)有效控制,需要有足夠大的容量來維持直流母線側(cè)電壓不會突降,以免變頻器受到晃電影響。

        3 高電壓大容量變頻器晃電解決措施與應(yīng)用

        本文所述球磨機變頻器采用高電壓多電平,10 kV輸出每相采用10個單元串聯(lián)結(jié)構(gòu),線電壓輸出IGBT器件總耐壓達到近20 kV,線電壓輸出電平數(shù)為39電平,額定電流為730 A,0%~110%速度可調(diào),可實現(xiàn)球磨機啟動與調(diào)速功能。由于該變頻器額定電壓為10 kV,單臺功率達到8 500 kW,采用直流母線電壓支撐等技術(shù)很難實現(xiàn)電壓暫降防治功能,需要根據(jù)變頻器的具體報警信息,有針對性地提出解決措施。雙驅(qū)變頻器系統(tǒng)如圖1所示。

        根據(jù)該礦山往年晃電造成變頻器跳停的統(tǒng)計信息,2018年共出現(xiàn)12起晃電事故,其中有2起因上一級110 kV側(cè)同個母線段其他回路出現(xiàn)短路故障引起,其他10起全部由雷電引起。變頻器的跳停報警信息主要包括:勵磁喪失、控制電源丟失、主電源丟失、外部安全開關(guān)聯(lián)鎖跳停等。

        關(guān)于勵磁喪失造成設(shè)備跳停:主電動機采用無刷同步電動機,勵磁機轉(zhuǎn)子和整流橋安裝在電動機主軸的非驅(qū)動端,勵磁機定子通過勵磁柜提供三相交流電源,勵磁機轉(zhuǎn)子通過電磁感應(yīng)原理獲得感應(yīng)交流電后經(jīng)整流橋整流,形成可調(diào)的直流勵磁電流。通過排查,主要是由于勵磁變壓器低壓側(cè)斷路器受到電壓波動后,出現(xiàn)失壓或欠壓跳閘引發(fā)“勵磁喪失”,造成變頻器跳閘,而造成斷路器跳閘是失壓或欠壓裝置保護動作引起,因此,可針對晃電時電壓波動的時限和幅值變化,對斷路器參數(shù)進行調(diào)整。另一種原因是勵磁電源進線柜控制回路的變壓器選用380/220 V,由于勵磁變壓器輸出側(cè)額定電壓為440 V,造成控制回路二次側(cè)電壓達到255 V,容易引起二次側(cè)熔斷器燒斷,同樣因“勵磁喪失”而引起變頻器跳閘問題,對此可將二次回路控制變壓器型號更換成440/220 V。

        關(guān)于控制電源丟失:由于變頻器控制回路出現(xiàn)低電壓引起的變頻器跳停。經(jīng)查詢該變頻器相關(guān)資料,利用該變頻器內(nèi)金屬薄膜電容儲能功能,可滿足控制回路電源丟失2 s不停機要求,同時增加UPS不間斷電源,利用該時間實現(xiàn)控制回路市電與不間斷電源雙路互投,實現(xiàn)控制回路電源丟失不停機功能。

        關(guān)于主電源丟失:造成主電源丟失的報警信息主要是由變頻器主回路前一級10 kV側(cè)真空斷路器跳閘引起,查詢微機綜合保護裝置出現(xiàn)過負荷告警信息可知,這是由于出現(xiàn)晃電電壓下降后負載電流增加引起過負荷跳停,對此可在保護裝置整定值計算時綜合考慮晃電時電壓及電流的變化,重新整定。

        關(guān)于外部安全開關(guān)聯(lián)鎖跳停:根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)聯(lián)鎖跳停的需求,當(dāng)關(guān)聯(lián)設(shè)備出現(xiàn)異常時,會引起變頻器保護跳停,保證球磨機不會出現(xiàn)安全事故。經(jīng)查詢變頻器聯(lián)鎖跳??刂苹芈?,主要包括球磨機上一級的皮帶輸送機、下一級的振動篩和皮帶輸送機及球磨機本身自有的潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等,當(dāng)某一臺設(shè)備出現(xiàn)電壓波動造成設(shè)備異常時,變頻器就會出現(xiàn)外部安全開關(guān)聯(lián)鎖跳停故障現(xiàn)象。通過對關(guān)聯(lián)設(shè)備的跳?;芈愤M行分析,結(jié)合晃電引起低電壓波動的幅值和時間,采用延時聯(lián)鎖跳停的方式,可以躲過電壓波動對球磨機附屬設(shè)備的影響,提高關(guān)聯(lián)設(shè)備低電壓保護功能。

        4 結(jié)語

        本文通過分析某礦區(qū)高電壓大容量球磨機變頻器跳停的具體信息和規(guī)律,提出了有針對性的解決措施,獲得了較明顯的控制效果。該礦區(qū)經(jīng)采用以上調(diào)整措施后,2019年度僅出現(xiàn)了3起跳停事件,基本解決了因晃電引起電壓波動造成設(shè)備跳停的問題。

        [參考文獻]

        [1] 王建.變頻器抗晃電改造方案[J].科技資訊,2016(26):36-37.

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        [3] 崔巍.淺談防晃電技術(shù)在企業(yè)電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技資訊,2015,12(31):141-142.

        收稿日期:2020-02-06

        作者簡介:袁致忠(1973—),男,福建上杭人,工程師,從事礦山機電設(shè)備管理工作。

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