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一種電動機再起動方法在石化企業中的應用

文章出處:《方案設計》責任編輯:查看手機網址
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人氣:-发表时间:2018-02-26 10:40【

现有的采用PLC为核心的再起动柜成本高、接线复杂, 单机再起动继电器仅靠依赖電動機所在母线电压及接触器辅助触点位置来判别失电,且需要辅助电源,再起动失败几率较高。本文高级工程师石勇介绍了一种在電動機保护装置中实现的電動機(群) 失电再起动方法,能够可靠区分晃電和正常停机情况,逻辑严谨,定值设定灵活,支持多种控制方式的電動機再起动, 且无须增加接线及成本。该方法已应用在石化企业中,并在多次晃電过程中均能正确动作。

石勇/高级工程师

0 引言

再起动是指晃電过程中,因电压瞬时跌落引起電動機开关跳闸而甩负荷, 在电压恢复正常后,電動機按照预设好的顺序时间自动分批起动的过程。

石化行业属于连续性生产企业, 其低压厂用电系统中的许多電動機在工艺流程上是不允许跳闸停机的,此部分关键電動機一旦跳闸停机,将会造成非计划停运, 给生产带来很大的经济损失。但是在实际运行中有很多不确定因素(如雷击、设备故障等),很容易对电网产生影响,使企的诓颗涞缤┑绲缭吹缪菇档突蚨淌敝卸虾笥只指垂┑纾ㄍǔ3莆坞姡斐傻脱闺妱訖C跳闸停机,处于企的诓康缤的電動機也很容易受此影响导致生产停顿,从而造成很大损失。

目前常用的再起動方法是采用專用的自起動櫃或單機再起動繼電器。自起動櫃硬件成本高,接線複雜。單機再起動繼電器成本稍微降低,但是需要增加接線,且再起動失敗幾率也較高,還會在正常停車後發生誤起動。

PCS-9692及PCS-9626微機可編程電動機保護裝置結合石化企業電動機運行特點,提供了一種可靠、經濟的電動機(群)再起動方法。

1 失电再起动逻辑

本文描述的再起动逻辑借鉴了高压线路保护中自动重合闸原理,再起动逻辑严谨。全数字化再起动过程定值设定灵活, 支持多种控制方式的電動機再起动(如直接起动、正反起动和高低速電動機起动等),装置的开入开出可组态,逻辑都在软件里实现,使现场接线非常简单。模拟量采样用24点全波傅里叶算法,准确度高。装置采用高性能32位CPU,每个采样间隔0.833 ms实时计算,反应速度大大快于传统的重起动装置和PLC。

1.1 失电再起动逻辑

在電動機(群)静止状态下上电起动会对电网造成冲击,拉低母线电压, 造成低电压保护跳闸或因电压太低烧坏電動機。正常运行的電動機失电后,由于惯性还会继续旋转一段时间。旋转中的電動機起动电流较小,不会将电压拉低太多,因此恢复供电后可以立即起动電動機。完全停止的電動機再起动需要根据厂用电的负荷进行分批再起动,如厂用电允许同时起动10台電動機,就每次10台分批进行再起动。

完整的失電再起動邏輯分爲再起動充電(准備好)邏輯、再起動放電邏輯和再起動動作邏輯。失電再起動只有充電完成後才能動作,其邏輯如圖1所示。

图1 失电再起动逻辑

当一般交流继电器电压低于线圈额定电压的50%,时间超过1个周期时,接触器释放;当电压低于80%甚至更高,持续5个周期时,接触器也释放。再起动充电条件:①再起动控制字投入;②电流大于10%额定电流;③母线电压大于重起动电压定值;④接触器在合位。以上条件都满足时说明電動機在正常运行状态,经过一定延时后再起动充电完成。面板上定义为“再起动充电”的LED 灯点亮。

再起動放電條件:①保護動作電動機跳閘;②有跳閘指令開入。以上任一條件滿足時說明電動機因爲有停機指令或內部故障被停機,不應該再起動,再起動放電。面板上定義爲“再起動充電”的LED燈熄滅。

再起動動作(開始計時)條件:①電流小于10%額定電流;②母線電壓低于50%;③接觸器在分位。采用電壓和電流兩個判據能夠可靠區分是正常分閘還是晃電、電壓跌落等引起的跳閘。

當再起動充電完成後,且滿足再起動動作條件時,因爲晃電或失電而導致接觸器斷開電動機跳閘,此時失電計時器開始計時累計失電時間。當電壓恢複到重起動電壓整定值以上時,若失電計時器時間小于“立即重起動時間”定值,則立即重起動電動機;若失電計時器時間大于“立即重起動失電時間”定值,但小于“延時重起動失電時間”定值,則按“重起動延時定值”延時起動電動機;如失電計時器時間超過“延時重起動失電時間”定值時電壓未恢複,則電動機清除相關信息,不再重起動。

裝置的失電重起動可與失電壓保護配合,當失電時間超過“延時重起動失電時間”定值時,由失電壓保護出口去起動另一台備用電動機。

1.2 電動機群分批再起动的实现

爲了避免再起動過程中會因爲數量較多的電動機同時起動時系統電壓降低,低電壓保護跳閘導致自起動失敗,可以通過設定不同的“重起動延時定值”來實現電動機(群)分批再起動。

将電動機按重要性及负荷性质等条件排好再起动的顺序,根据電動機再起动最大电流及母线恢复电压计算出第一批应再起动電動機的容量及台数,供配电系统电压恢复后,立即起动第一批電動機。然后根据第一批電動機的起动时间及起动电流衰减计算第一批再起动后電動機(群)的母线电压及母线总电流,根据结果计算出下一批应再起动的電動機的容量(台数)及起动延时, 以此类推,直至计算出全部電動機再起动延时。

電壓與電流計算式電動機(群)分批再起動是目前最合理的再起動方法。

1.3 储能元件

石化企業因爲電動機分布比較分散,有的場合沒有爲再起動裝置提供專用的電源,而是和電動機共用同一路電源,當再起動裝置和電動機同時失電時,爲了保證再起動功能的執行,一般裝置需要外設UPS、蓄電池或內部的電池來爲裝置供電。外部的輔助電源增加了投資和安裝的工作量。內部的電池一般壽命爲1~2年且容易漏液導致裝置內部電路損壞,因此需要定期檢查更換。

PCS-9692微機電動機保護裝置在失電時,

CPU及時鍾芯片由內部可充電超級電容供電,在裝置失電情況下仍可准確累計失電時間,不必爲保護器裝設專用的電源。

超級電容與電池相比突出優點是功率密度超級電容與電池相比突出優點是功率密度高、充放電時間短以及工作溫度範圍寬,特別是具有超長壽命,充放電大于50萬次,是Li-Ion電池的500倍,如果對超級電容每天充放電20次,可連續使用達68年且免維護。

2 再起动方法实现及动模测试

PCS-9692及PCS-9626裝置是微機型電動機保護及測控一體化裝置,裝置邏輯可編程,在保護裝置中實現失電再起動功能無須改動回路和增加外部接線。失電再起動動態模擬試驗接線如圖2所示,保護裝置與電動機采用同一路電源,與現場情況一致。電動機起動後靠接觸器KM輔助觸點電流保持。裝置采集母線三相電壓、電動機三相電流和接觸器KM位置信號。重起動出口爲BO2端子105-107。

图2 失电再起动试验接线

装置的失电再起动定值单如表1所示。定值整定原则:立即重起动失电时间,按照失电后電動機没有完全停转的时间整定,此时立即再起动不会对电网造成冲击。延时重起动失电时间根据生产工艺需求来整定,若超过延时重起动失电时间,再起动電動機已无法恢复生产,则无须再起动電動機。延时重起动延时定值根据電動機起动时间将電動機延时分批起动。如電動機起动时间为2 s,可以将第一批電動機立即再起动,第二批電動機起动延时设为2 s,第三批设为4 s,依次类推直至全部起动完成。

表1 失电再起动定值

2.1 立即再起动试验

電動機正常运行后,失电再起动充电完成,充电灯亮。装置和電動機同时断电,断电大约30 ms后接触器释放,断电时间0.5 s,因断电时间小于立即重起动定值0.8 s,保护装置在电压恢复正常后立即起动電動機。又因接触器动作时间有延时,实际在电压恢复50 ms后電動機起动。试验波形如图3所示。

图3 立即再起动过程波形

2.2 延时再起动试验

電動機正常运行后,失电再起动充电完成,充电灯亮。装置和電動機同时断电,断电1 s后电压恢复正常,因断电时间大于立即重起动定值0.8 s,小于延时重起动定值5 s,故保护装置延时0.5 s起动電動機。试验波形如图4所示。

图4 延时再起动过程波形

失电再起动充电完成,充电灯亮。装置和電動機同时断电,断电6 s后电压恢复正常,大于延时重起动定值5 s,控制器将不再重起電動機,同时再起动放电。

本次动态模拟试验结果如表2 所示, 均正确动作。

表2 失电再起动测试结果

3 结束语

本文介绍了一种在微机可编程電動機保护装置上实现電動機群失电再起动的方法,该方法具有逻辑可靠、无须改动接线和增加设备的特点。目前该方法已获得发明专利,使用该方法的電動機保护装置自2008 年以来在安庆石化、扬子石化、金陵石化、福建炼化和惠州炼油厂等石化企业有上万台业绩,在晃電过程中多次正确动作, 大大减少企业因晃電造成生产运行装置的停车现象,减少晃電所产生的损失,避免因晃電产生的安全事故,提高了经济效益。


本文來源于《方案設計》。

作者:石 勇 魏 巍 侯 炜 刘永生

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