大中型電機的水電阻柜變頻改造案例

發布時間:2017.05.14 新聞來源:高壓電機_高壓電動機_高效節能電機_湘潭電機廠_湘潭電機集團有限公司 瀏覽次數:

水阻柜電機的變頻器改造案例

一、水阻柜原理

水阻起動柜是近年來運用比較廣泛的電機起動設備。水阻,也就是液體電阻(在水中添加電解粉構成水電阻),顧名思義就是在電機定子回路(鼠籠型電機)或轉子回路(繞線式電機)中串入液態電阻,電機在起動過程中液態電阻阻值在預定的時間內自動無級減小,直至阻值接近為零,將液阻自動切除,電機投入正常運行,每小時最多可以啟動2-3次。

二、運動過程

水阻柜運行過程:高壓開關柜合閘的同時,水阻柜接收到高壓開關柜的合閘信號,水阻柜動極板自上而下開始運行,在設定的時間內動極板運動過程中電阻值逐漸下降,當電阻接近于零時,通過一個限位開關,使水阻柜內的真空接觸器吸合,將水電阻短接掉,電機啟動完成,經過延時幾秒后,動極板自動復位至原始狀態,等待一下次啟動。如水阻柜在預定的時間內起動沒有完成就會發出一個故障報警信號,自動切斷開關柜,確保電機不開路。

三、水阻柜缺點

水阻的效率低,只能做軟啟動。如果作為調速,必須將水阻柜箱體(液體電阻部分)長期帶電,一旦出現箱體漏液或者液體電阻減少或者干枯,必出現生產事故或者安全事故。并且由于箱體液體電阻長期帶電,發熱嚴重,要有外圍散熱設備才能維持運行。所以相對人力維護成本也會增加。

四、水阻柜的改造方式

在現場的實際改造中:雖然水阻柜存在以上缺點,但是客戶在水阻柜改造變頻時還是會保留工頻水阻啟動的模式。

(一)一般水阻柜有兩種改造方式,按照電機的不同,分為兩種水阻串接方式

1、轉子串水阻

即電機屬于繞線式電機,即轉子回路未短接。此時通過改變起動過程中轉子回路的電阻值來逐步實現軟起動。

2、定子串水阻

即電機屬于鼠籠型電機,即轉子回路在電機內部已短接。此時通過改變起動過程中定子回路的電阻值來逐步實現軟啟動。

(二)按照實現方式的不同,分為兩種水阻

1、溫度改變阻值大小

即在啟動過程中,由于液體內部的電解液隨著液體溫度的升高,電解液分子活動加劇,使電阻值逐步減小,逐步改變機端電壓,使之達到軟起動的目的。

2、柜內增加極板升降電機

通過柜內增加極板升降電機,勻速的改變輸入輸出極板之間的距離,改變電阻值的大小,逐步改變機端電壓,使之達到軟起動的目的。

注:其中若是溫度改變阻值大小,主要屬于定子串水阻系列(即鼠籠式電機)。

若通過極板升降電機改變阻值大小,則定子和轉子串水阻都可。目前常用的方式還是通過極板升降的方式,方便控制啟動過程。

五、水阻的內部結構

(一)若以溫度改變阻值

其柜內部主要包括:

1、旁路柜

主要是起動完畢后,將水阻柜短接。

按一次原理的不同,和短接接觸器的數量,有的在短接后將水阻完全拖開的,有的在短接后,水阻仍然帶電。

根據客戶需要,選擇真空斷路器或者真空接觸器。真空斷路器需要分、合閘操作,而真空接觸器又分為電保持和機械保持式,電保持不需另增加分閘操作,掉電即分閘,而機械保持式需要分閘操作。

2、水阻柜主體

主要包括3個獨立的水箱,每個水箱底部有一固定的銅極板,水箱上部有一固定的銅極板,分別引出進出一次線。(針對鼠籠式電機講的:定子串水阻)

主要根據電機大小,計算需要的散熱液體體積,則柜體體積有大有小。例如電機在10MW,則水阻柜主體可能達到10m*2m*4m。

(二)極板升降改變阻值

其柜內部主要包括:水箱(三相分開)、一套極板、極板升降電機和相應的軸承,及短接接觸器(短接的接觸器也應客戶需要)、PLC等。

六、運行方式(現場實際操作的依據數據和實現方法)

(一)溫度改變阻值

1、工頻模式下

待廠家調試完后,每個極板都浸泡在水中,水中加入了根據計算的電解粉。起動時,通電后,則水阻內,溫度逐漸升高,電解液分子活動加劇,極板之間的電阻值逐步減小,電機端的電壓逐步由低到高,根據調整的時間,起動完畢后,短接真空接觸器(溫度改變阻值這種主要用于鼠籠式電機),起動完成,水阻被甩開。此種原理的水阻,電機進行連續重啟時,由于每次重啟時,由于水溫不一致,因此其啟動特性會有差異。在啟動時間間隔較長的情況下,其啟動特性基本可保持一致。

2、變頻模式下

上高壓后,直接短接接觸器(短接接觸器動作信號取自高壓開關QF0的常開點)。

(二)極板升降改變阻值(重點介紹)

1、運動過程

待廠家調試完后,每個極板都浸泡在水中,水中加入了根據計算的電解粉。起動前,上極板在最上面,起動時,上極板在升降電機的帶動下,逐步下移,(有的設置是下移幾秒,停幾秒,繼續下移,重復)則兩極板之間的距離減小,相應的兩極板之間的電阻值減小,則電機端的電壓逐步由低到高,當上極板移動到最下限位時,短接真空接觸器。與此同時,上極板開始往上回升,升到最上限位時,起動完成。此種方式的水阻,電機連續啟動時,啟動特性差別不會很大,但是伺服電機等部件造成水阻柜的維護工作增加。(適用于鼠籠式及繞線式電機)。

2、現場參照的實際數據及控制邏輯

(1)一般水阻啟動時,起動電流倍數在2~3.5倍之間,網側壓降都能滿足上一級變壓器的容量要求;

(2)根據電機大小,起動時間一般設置為20~40秒,時間一般都可調,一般超過40秒,則開關柜會有反時限保護;

(3)“水阻起動信號”?,F在一般的水阻柜,都是采用PLC控制,其中,水阻柜起動信號,取的是對應的開關起動柜的“斷路器合閘狀態”,也就是說,當客戶的開關柜的斷路器合閘以后, 水阻柜的PLC接收到信號后,就開始起動,如極板開始下移;

(4)當開關柜的斷路器分閘以后,水阻柜的PLC接收到信號后,就將短接接觸器分斷;

(5)即:水阻柜接觸器動作的條件是高壓斷路器QF0合閘(取自QF0常開點)。

3、水阻柜改造變頻器后現場需要做的改動

(1)轉子串水阻(對應繞線式電機,手動旁路)

①一次回路的改造,與普通的變頻改造一樣;

②二次回路的改造,需從水阻柜的短接接觸器引出一對“短接接觸器常閉點”,接入變頻器的“急?!被芈?,可理解為:若水阻柜的短接接觸器不短接,則變頻器無法起動。要注意的是接入“急?!被芈窌r,要繞過“遠程/就地”轉換開關。  即等繞線式電機轉子短接后,作為鼠籠式電機起動;

③水阻柜啟動條件串入工頻狀態。

④現場應用案例介紹。安徽懷寧上峰水泥采用了“轉子串水阻”模式的變頻改造,現場電機參數如下表所示:

電機型號

YPKK800-6

轉速

993R/MIN

功率

2800KW

電機廠家

蘭州電機股份有限公司

額定電壓

10KV

水阻柜類型

極板升降改變阻值

額定電流

191.4A

 

 

功率因數

0.881

負載

B線窯尾高溫風機

現場要求水阻柜改造變頻,且工頻運行模式下保留水阻柜的軟起功能,電機為三相異步繞線式電動機,水阻柜類型有柜內增加極板升降電機(即極板升降改變阻值)。變頻器為一托一手動旁路柜,變頻器旁路柜一次接線和標配接線方式一樣的,如圖1所示,從客戶母線過來的10KV線是不經過水阻柜的(僅僅客戶的AC380V控制電到水阻柜)。

此時,變頻器模式下,水阻柜的旁路柜內的短接接觸器在這里就相當于短接轉子,使繞線式電機變為鼠籠式電機供變頻器使用。工頻模式下,為電機軟起,軟起成功后,水阻柜的旁路柜內的短接斷路器在這里就相當于短接轉子,使繞線式電機變為鼠籠式電機供工頻使用。

采用工頻模式運行時,首先合閘QS3,DCS遠程合閘QF斷路器,水阻柜接收到QF合閘信號及工頻狀態后,水阻柜運行,此時水阻柜極板自上而下運行,通過水阻柜實現軟起,當極板運行至底部的時候,有個限位開關,通過連鎖,給水阻柜接觸器KM一個信號,使水阻柜內的真空接觸器KM吸合,將水電阻短接掉并保持,繞線式變成鼠籠式電機啟動完成,經過延時幾秒后,動極板自動復位至原始狀態,等待一下次啟動。

采用變頻模式運行時,首先QS1、QS2隔離開關合閘,DCS啟動QF合閘,高壓電進入變頻器,(水阻柜啟動信號串入工頻狀態,此時啟動不了,),同時KM水阻柜接觸器接收到QF合閘信號后, KM直接短接,繞線式變為鼠籠式電機,變頻器接收到KM短接信號后,通過DSC遠程啟動/停止/調節變頻輸出。

另外,我也見過另類的轉子串水阻變頻改造,用戶直接將電機的轉子連接處打開,將轉子上直接短接上銅排,則成為了鼠籠式電機。此時,已完全甩開了水阻。但萬一變頻器發生故障,變頻轉為工頻時,則需要將轉子上的銅排拆下(不拆下實現不了軟起,相當于鼠籠式電機直接工頻啟動,導致客戶的變壓器容量受不了),比較麻煩。但選擇權在于用戶,用戶認為自己的轉子經常會發生放炮現象,所以短接后比較合適。

(2)定子串水阻(對應鼠籠式電機,手動旁路)

這種改造相對復雜,需要確定的內容主要如下:

①短接斷路器。短接接觸器最少是一個,有時也有兩個,也可能是三個,如其中要詢問清楚各接觸器的合、分閘順序,這個在自動旁路柜中一定要弄清楚,因為在自動變/工頻轉換過程中,可能會造成嚴重后果。要詢問清楚各接觸器的自鎖方式,是電保持,還是機械式保持。如是電保持,合分閘共用一個信號即可,如是機械式保持,則合、分閘要分開設計。

②水阻柜啟動信號。變頻改造前,水阻柜起動信號接收的是“斷路器常開點信號”(為母線高壓開關柜QF0的常開信號,即當QF0合閘后,常開變成常閉,水阻柜啟動,工頻實現軟起),若變頻改造后,則一般需要在此起動水阻柜啟動信號的回路里增加變頻器“工頻狀態”信號。即工頻時,水阻仍正常起動,若變頻時,則水阻柜不動作。

③水阻柜短接信號。變頻改造前,水阻柜短接信號接收的是“極板下限位行程開關信號”。變頻改造后,則根據要求靈活改變,需在短接接觸器的合、分閘回路增加控分閘回路增加控制信號??刂品绞礁鶕蛻粢蠹跋到y安全性確定。

④現場應用案例介紹。棗莊泉頭水泥廠采用了“定子串水阻”模式的變頻改造,現場電機參數如下表所示:

電機型號

YKKP630-6W

轉速

995R/MIN

功率

2800KW

電機廠家

重慶賽力盟電機股份有限公司

額定電壓

10KV

水阻柜類型

極板升降改變阻值

額定電流

186.6A

負載

2#高溫風機

一次接線圖原理如圖2所示,水阻柜內短接接觸器為KM,高壓經過水阻柜。

圖2    定子串水阻一次接線圖原理圖

此系統為定子串水阻,水阻柜只有一個接觸器KM,接觸器為機械保持式,系統的二次原理更改有以下幾部分。

第一部分是PLC程序更改了邏輯,并引出線接到KM的分、合閘線圈。水阻柜接觸器KM控制方案如下:

在工頻模式下,KM仍由水阻柜本身的邏輯來控制實現軟起。

在變頻模式下,當高壓啟動柜斷路器QF合閘時,KM就會合閘;當高壓啟動柜斷路器QF分閘時,KM就會分閘。

第二部分是水阻柜起動信號。增加變頻器“工頻信號”串入起動回路。

第三部分是開關柜允許合閘信號。將變頻器“高壓合閘允許K6”串入高壓開關柜QF允許合閘回路,其中從控制器發出的“高壓合閘允許K6”串入了“變頻狀態”信號。

采用工頻模式運行時,首先QS43/QS44隔離開關合閘,DCS啟動QF合閘,水阻柜接收到QF合閘信號及工頻狀態信號后,水阻柜運行,此時水阻柜極板自上而下運行,通過水阻柜實現軟起,當極板運行至底部的時候,有個限位開關,通過連鎖,給水阻柜接觸器KM一個信號, 使水阻柜內的真空接觸器KM吸合,將水電阻短接掉并保持,電機啟動完成,經過延時幾秒后,動極板自動復位至原始狀態,等待一下次啟動。

采用變頻模式運行時,首先QS41/QS42隔離開關合閘,DCS啟動QF合閘,(水阻柜啟動信號串入工頻狀態,此時啟動不了,也無高壓輸入QS43斷開的),高壓電進入變頻器,通過DSC遠程啟動/停止/調節變頻輸出。

目前,對于繞線式電機,水阻柜主體柜和水阻柜旁路柜是分開獨立的,且高壓不經過水阻柜,也就是說只有控制電纜進入水阻柜,從水阻柜出線控制電纜到電機轉子上。對于鼠籠式電機,水阻柜主體柜和旁路柜是集成的,有高壓電纜通過水阻柜再連接到電機定子上。

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