TMEIC高壓變頻軟啟動裝置在電拖軸流機組中的應用

0 引言

在風量不要求有很大變化的生產裝置中，選用電動機驅動的風機機組，是首選的機組配置模式。隨著單機大容量風機的設計、加工能力的提高，中、大容量的風機在容量較小的電網中的啟動問題，以及要求電動機有較強的啟動能力問題，頗受人們關注。為了避免電機直接啟動對電網造成的沖擊，隨著電力電子技術的快速發展，在中大型風機的啟動中，現在都選用變頻軟啟動方式。

陜西鼓風機(集團)有限公司為唐山寶業鋼鐵集團公司提供了兩套軸流風機，拖動電機是2臺19 000kW的異步電動機，由于電動機的功率比較大，選用了日本TMEIC公司高壓變頻軟啟動裝置來起動電機。

1 系統構成

變頻軟啟動是在電動機的啟動回路中，通過串接變頻器，最大限度地限制機組的啟動電流，減少啟動電流對電網的沖擊。電動機的啟動和同步主要是由變頻控制系統和外部高壓開關共同完成的。

本系統采用一套變頻器，通過切換可分別啟動2臺電動機。系統主要由變頻器進線端開關(KG1和KG2)、變頻器出線端開關(KG5 和KG6)、正常運行時主開關(KG3和KG4)、母線PT 柜和電機端PT 柜、升壓變壓器、變頻器及控制系統構成。通過各個開關和變頻控制系統之間的相互聯鎖，實現電機的變頻啟動和在線運行的無波動切換。

軟啟動系統主回路原理示意圖如圖1所示，電機M1 和M2 分別分布在母線玉和母線域上。變頻器輸入側開關KG1和KG2對應不同的母線，用來切換啟動電機。

2 風機的啟動原理

以啟動電機M1為例做一說明。

首先，合變頻器輸入開關KG1和輸出開關KG5，在接通主回路后啟動變頻器，使變頻器帶M1開始工作。隨著變頻器的輸出頻率從0 Hz 逐步升到50 Hz(啟動時間可以設定)，變頻器的輸出電壓(升壓變壓器后)從0 V開始升到10 kV，電機M1的轉速由0開始逐步升至額定轉速運行。

在變頻器輸出頻率達到50 Hz以后，變頻器內部同步裝置檢測變頻器的輸入電壓、輸出電壓相位，頻率并接受并網開始指令，變頻器調整其輸出參數，使之逐步達到其輸出電壓和電網電壓同頻率、同相位;外部同步裝置同時確認升壓變壓器輸出電壓和電網電壓同頻率、同相位并鎖相以后，發出并網指令，合并網開關KG3;此時電機由變頻器和電網共同供電，然后逐步將電機的負載由變頻器供電轉移到電網供電上;最后變頻器斷開KG5和KG1，整個M1負載由電網承擔，電機M1啟動結束。

3 保護功能

1)在啟動過程中，機組的所有保護由變頻系統完成，所設的保護有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、變頻器過載、變頻器過熱、電機過載、輸出接地、短路等保護功能。變頻裝置設有隔離變壓器的各種保護功能。

2)在機組啟動成功，切換到工頻后，電動機的所有保護在高壓開關柜上實現。

4 變頻軟啟動的特點

1)升壓平穩。因為變頻軟啟動是電子式啟動器，所以其升壓平穩，能有效降低沖擊力矩，保護機械設備。

2)不會帶來電流和轉矩的沖擊。因為電機在從變頻器供電切換到電網供電的過渡過程中，變頻器一直是在滿負荷狀況下運行，因此切換動作不會帶來任何電流和轉矩的沖擊。

3)縮短了電機的啟動時間。在啟動過程中可以維持啟動電流不變，啟動力矩增加，有效地縮短了啟動時間。

4)無需功率因數補償裝置。在20%~100%的負載變化情況下功率因數達到或超過0.95。

5)無需濾波裝置。變頻器可輸出正弦電流和電壓波形，對電機沒有特殊的要求，可以使用普通的異步電動機，電機不必降負荷運行，沒有電機啟動沖擊引起的電網電壓下降現象，可確保電機安全、長期、可靠運行。

6)變頻裝置輸出波形不會引起電機諧振，轉矩脈動小于0.1%，可避免風機喘振現象。變頻器設有共振點頻率跳躍功能

7)變頻器對電網電壓波動有極強的適應能力，在電網電壓依10%的變化范圍內變頻器能滿載工作，在電壓下降25%的情況下變頻器能繼續運行而不跳閘(降載運行)。

8)調速范圍為0~100%連續可調。

5 結語

高壓變頻軟啟動裝置在大型電拖機組中的應用，解決了用戶現場由于電網容量不足導致機組啟動困難、對電網沖擊大、影響電機壽命等問題。在所有的啟動方式中，變頻軟啟動的啟動性能是最好的，但是由于國產的變頻器容量有限，目前主要依賴進口產品。需要說明的是這種啟動方式控制復雜、啟動設備多，資金投入很高，現場調試工作量大，不易維護。