电动机再启动技术的浅析

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1、电动机再启动技术的浅析科技信息工程技术电动栅再启动技术响浅析长沙航空职业技术学院蒋重文摘要电网电压的波动对许多不允许停电的企业或设备会造成很大影响,为解决此类问题,探讨了蓄电池逆变方案,将直流电转变成电动机所需的交流电,以满足电动机在暂时停电时的正常运行,利用大容量电容器的短暂放电,给逆变器提供电源,以解决电网的波动对电动机产生的影响.针对电压波动引起控制器的失电,设计了6种控制线路,以解决控制器的失电再启动,在实际生产中可根据需要选择不同的供电方案和再启动方式.关键词压波动电动机再启动供配电系统故障随着工业的发展,企业内具有数千台电动机的供配电系统已屡见不鲜.如此庞大的供配电系统发生故障的概

2、率是很高的,一旦发生故障就会造成几十台甚至几百台电动机停止运行.丁业生产具有连续性的特点,工业生产的连续性对供电质量提出了很高的要求,如果要想达到工业生产的长周期高效低耗运行,就必须保证供电的质量.工业单位一般采用双回路进线,放射式供电结构,以提高供电的可靠性.尽管如此电网波动仍然会给生产带来较大的影响.每年都有十几次以上的电网波动影响,造成工业生产过程中断和大量减产,特别是夏季雷雨季节里,由于雷电的作用,电网波动较频繁.要防止这种情况的发生必须采取一定的电动机自启动措施.1.供配电系统故障对电动机供电回路的影响电动机的再启动过程分为两部分,即:当供配电系统发生故障时电动机开始失速;故障切除电

3、源恢复后电动机再加速至原转速.分析电动机再启动技术应首先了解供配电系统故障对电动机供电回路的影响.供配电系统故障的不同对电动机供电回路的影响也不一样,再启动处理的方法也应有区别.供配电系统故障分单相接地,两相短路,三相短路,对称及不对称等多种故障形式,但对电动机供电回路的影响主要取决于故障的时间及电压降低的幅度.1.1瞬时欠压瞬时欠压是瞬时的电压降低,而不是电压的消失,其过程分为电压降低与电压恢复两部分.供配电系统发生故障的瞬时,由于感应电动机转子的磁链不能突变,原有的电流将继续存在,并在定子绕组端子间感应电压.该感应电压并不立即下降,而且能保持相当长时间,此电压称为残余电压.由于残余电压的存

4、在,如果电源断开后,很快又再次合闸,将出现较大的合闸冲击电流及冲击转矩,冲击大小由合闸瞬间电动机的残余电压大小及相位决定.根据电动机残余电压衰减的不同瞬时欠压可分为断电故障,近距离短路故障和远距离短路故障三种形式.断电故障是指电动机群与供配电系统断开所引起的故障,发生的原因主要是误操作.近距离短路故障是指在与电动机电气距离较近处发生的短路故障,近距离短路故障在瞬时欠压中的发生率较高.远距离短路故障是指在与电动机电气距离较远处发生的短路故障,远距离短路故障在瞬时欠压中的发生率最高.瞬时欠压时因电压快速恢复会发生仅部分电动机停运的情况,此时电动机再启动技术的处理应是躲过电动机残余电压的影响,然后立

5、即将停运的电动机直接再启动.1.2短时失压短时失压与瞬时欠压的区别在于残余电压是否消失.短时失压是电压降低至消失而后电压才恢复.产生的原因主要是继电保护时差配合等原因无法实现快速切除故障.故障发生瞬间,电动机的电流与转矩陡然增大,然后逐渐振荡衰减,而残余电压和转速也开始逐渐下降.电源恢复瞬间,电动机的电流与转矩也会迅速增大,然后逐渐振荡衰减,而转速也开始逐渐上升,经过短时的振荡后稳定在某一数值上.供配电系统发生短时失压时,低压电动机交流接触器已断开,非再启动的高压电动机均跳闸,电动机转速下降很多,此时BZT等保护可立即动作.母线电压恢复后,电动机再启动技术的处理应是将全部参加再启动的电动机再启

6、动,但采用的电动机再启动方法与技术不同再启动的过程也各异.1.3长期失压长期失压是指供配电系统电压消失时间通常大于10秒的故障.当电动机所在的母线发生长期无法恢复的故障时,电动机已全部停止运转.为了防止电动机随供配电系统的恢复同时再启动而造成的设备事故及人身伤亡,必须清除全部电动机的再启动信息.2.电动机再启动方法正常运行时记录电动机的运行信息,供配电系统故障消除后,按故障前记录的电动机运行信息重新启动电动机即完成了电动机再启动.按电动机再启动的过程中是否可以控制,再启动方法分为无控式与可控式两种.2.1无控式再启动方法在供配电系统故障后电压恢复瞬时,按电动机的运行信息,立即将所有参加再启动的

7、电动机全部同时再启动既为无控式再启动方法.该方法电路简单,使用电器元件很少,费用低,但存在如下缺点:受到供配电系统容量的限制不能完成全部运行电动机均参加再启动.可因电动机残余电压而产生电流及转矩冲击.由于多台电动机同时启动会产生很大的非周期冲击电流,可能造成变压器跳闸,同时也会造成电动机端电压显着下降,电动机最大转矩低于负载转矩,使再启动失败.无法防止短时再次再启动以及再启动时.-336-间过长.2.2可控式再启动方法供配电系统故障时,将电动机的运行信息做瞬时的记录,供配电系统电压恢复后,利用各种控制方法按电动机的运行信息,逐步将全部停运的电动机分期分批地再启动既为可控式再启动方法.2.3时差

8、控制式电动机群分批再启动时差控制式电动机群分批再启动方法是预先将全部参加再启动的电动机分为固定的多个批次,每台电动机固定在一个批次中,每批再启动电动机固定一个再启动时间,各批次再启动时间有一个时差,而且再启动时间越长时差越大.时差控制式电动机群分批再启动的优点是控制方法简单,主要缺点是时差难以选择.时差选大了会使再启动过程拖延很长时间,最后一批再启动电动机几乎是在完全停转的情况下满载启动,这使得许多电动机因过电流而跳闸;时差选小了会出现相邻批次的再启动电流叠加,造成母线电压下降.由于电动机的转矩是随着端电压平方成反比而变化的,电动机启动转矩也会大幅度下降,再启动能耗增加,再启动的时间也随着端电

9、压的大幅度下降而更加延长,以致多批次再启动电流叠加,直至电源因过电流断电,再启动失败.另外,供配电系统的故障是非常复杂的,故障切除后再启动电动机母线的电压也是变化的,因此很难保证不出现再启动电流叠加的现象.在一个变电所内不是全部电动机都处在运行状态,而是约有30%50%电动机处在备用状态,对于所内的每段母线运行的电动机台数也是根据生产和设备的需要而变化的,电动机的运行状态是随机的,一般在装机容量的30%80%之间,特殊情况可达到l0%100%.但该控制方法只能按100%再启动装机容量来安排批次和时差,如某批内没有运行电动机,该控制方法只能是空等一个时差.在供配电系统发生瞬时欠压中会出现母线上仅

10、数台电动机停运的情况,如这几台运行电动机都被分在后几批内,该控制方法也只能是空等几个时差.2.4电压控制式电动机群分批再启动电压控制式电动机群再启动方法也是预先将全部参加再启动的电动机分为固定的许多批次,每台电动机也固定在一个批次中.正常运行时监测电动机群的母线电压,故障后电压恢复时用再启动电动机群的母线电压控制各批电动机完成再启动任务.该方法与电压与电流控制式电动机群再启动方法相比简单一点,但因为在再启动过程中再启动电流的变化很大,而母线电压变化较小,仅用母线电压控制很难实现监测电动机的再启动状态.2.5电压与电流控制式电动机群分批再启动与上述两种方法一样,该方法也是预先将全部参加再启动的电

11、动机分为固定的许多批次,每台电动机也固定在一个批次中.正常运行时监测电动机群的母线电压,而在故障后电压恢复时是用再启动电动机群的母线电压与母线总电流共同控制各批电动机完成再启动任务的.在再启动过程中始终检测再启动电动机群的母线电压与母线总电流,如母线电压与母线总电流满足了再启动要求就立即启动下一批电动机,直至再启动完成.如某批内没有运行电动机也立即启动下一批电动机,没有任何等待.如多批内没有停运的电动机,该控制方法也可直接启动最后一批的电动机.在分批方法上即要考虑运行容量为100%的装机容量时的快速再启动,又要兼顾由远距离短路瞬时欠压而引起的数台电动机停运现象.因此,在电压与电流控制式电动机群

12、再启动方法中电动机群的分批是很严格的,分不好还会出现电流冲击,电源开关跳闸,以致再启动失败.2.6电压与电流计算式电动机群分批再启动电压与电流计算式电动机群分批再启动对电动机群没有固定的分批,供配电系统电压恢复后,该方法立即将停运的电动机按重要性及负载性质等条件排好再启动的顺序,根据预先设定的再启动最大电流Im及母线恢复电压计算出第一批应再启动的电动机的容量及台数,并立即再启动第一批机群.然后检测再启动电动机群的母线电压及母线总电流,根据检测结果计算出下一批应再启动的电动机的容量和台数,并立即再启动该批电动机,以此类推,直至全部电动机再启动结束.电压与电流计算式电动机群分批再启动是目前最合理的

13、再启动方法.3.电动机再启动技术的实现3.1保持电动机控制回路再启动技术保持电动机控制回路再启动技术是在供配电系统发生故障时保持再启动电动机控制回路的完整性,电压恢复后将这些电动机再启动的技术.保持再启动电动机控制回路的完整性的方法主要有:(1)时间继电器保持技术该技术是早期常规的电动机再启动技术,接线较复杂,由于时间继科技信息.工程技术电器长期通电经常发生线圈崩烧现象,而且电压恢复瞬间所产生的过电压冲击经常使交流接触器线圈及控制元件烧毁.再启动可靠性较低.(2)直流电源保持技术利用供配电系统的直流系统作为电动机的操作电源是发电厂低压系统普遍采用的控制方法,但必须存电动机控制回路中安装低电压保

14、护.在电动机交流控制回路巾安装整流电路及小型电容器也可完成商流保持的作用,接线较复杂,对电气元件的可靠性要求较高采用直流操作电动机的另一个缺点是增加了控制元件灭弧的难度.(3)UPS电源保持技术在电动机控制电源中安装离线式UPS电源也可完成电动机再启动控制同路的完整性,但也必须在电动机控制回路巾安装低电保护,如用一台UPS为全变电所的所有电动机控制回路供电,一旦某一电动机控制回路发生短路就会殃及全部电动机,而且UPS的安装也要增加资金的投入及定期的维护检查.(4)瞬时欠压逆变器保持技术瞬时欠压逆变器是在电动机控制回路的供电电源测串联一组静态开关.再并联一一个具有储能电容器的逆变器构成的一正常运

15、行时,供电电源通过静态开关向电动机控芾1J回路供电,当供配电系统发生瞬时欠压时静态开关关断,逆变器将储能电容的能量逆变供给电动机控制回路.瞬时欠压逆变器相当于将蓄电池更换为储能电容器的离线式UPS电源,因此,它比离线式UPS电源的价格低很多,而且免维护(5)瞬时欠压补偿器保持技术瞬时欠压补偿器是在电动机控制回路中串联一个线路静态开关,_冉并联一个具有多捕头的一耦变压器,每个抽头再串人一个捕头静态开关构成.JE常运行时,供电电源通过线路静态开关向电动机拧制回路供电,当供配电系统发生瞬时欠压时线路静态开关关断.瞬时欠补偿器的控制回路根据瞬时欠压的情况接通相应的抽头静态开关,对电动机控制回路进行补偿

16、瞬时欠压补偿器通常可补偿不低于50%Ue的瞬时欠压故障除r上述保持电动饥控制回路冉启动技术外,还可采用铁磁谐振(恒)变压器,动态欠压校正器等多种技术完成保持再启动电动机控制回路的完整性,这里就不赘述了由于保持电动机控制回路冉启动技术只能采用无控式再启动方法,凶此存在许多不足3.2再启动继电器电动机阿启动技术存每个电动机控制回路中安装一个冉启动继电器即可完成电动机的再启动任务:该技术接线很简单,斤克服了电压恢复瞬间所产生的过电压冲击经常使交流接触器线圈及控制元件烧毁等缺点,可实现可控式再启动方法,但由于再启动继电器仪安装在各电动机控制回路,各拧制回路间无任何联系,只能采用时差控制式电动机群分批再

17、启动方法3.3同步电动机冉肩动技术当供配电系统发生故障时同步电动机应尽快对转子直流磁场进行灭磁,并可快速使同步电动机所母线的残余电压小于o.33puV/HZ,从而减少了BZT所等待的时间,提供r电动机再启动的速度,降低了再启动过程的能耗.母线电压恢复后,同步电动机以异步启动方式加速至亚同步状态,再经强行励磁将同步电动机由异步运行牵人到同步运行状态.3.4可编程序控制器电动机再启动技术可编程序控制器电动机冉启动技术通常采用电压与电流控制式电动机群分批再启动方法,也可采用时差控制式,电压控制式以及电与电流计算式电动机群分批再启动方法.可编程序控制器电动机再启动系统通常与供配电系统安装在一起,可以是

18、仅完成再启动任务,也能冉启动控制柜上完成供配电系统倒闸操作,并具有防误操作,BZT,断路器故障指示等功能.由于输出继电器可直接操作进线和母联断路器的跳,合闸线罔,而且在进线和母联断路器控制回路中采用了辅助导线”软件”监;l!lJ方法,在倒闸操作时就可检查BZT回路是否完好,网此可使BZT高可靠性动作.在某段电压回路熔断器全部熔断及母线发生短路故障时均不会使BZT误动作该技术还具有两种BZT功能,即母联和进线断路器都具有BZT功能,而且维护量极少该技术具有很强的实用性.3.5计算机控制系统电动机再启动技术电动机冉启动计算机控制系统可f1成系统,也可以是供配电系统计算机控制系统的一部分,或嵌入生产

19、装置计算机控制系统内.计算机控制系统电动机再扁动技术通常采用电压与电流计算式电动机群分批再肩动方法,也可采用时差控制式,电控制式以及电压与电流控制式电动机群分批再启动方法陔技术可监视各电机的运行状态,并具有各种供配电系统故障的识别功能,而且可完成数据录波和事件顺序记录功能.包括各供配电系统的操作,电动机运行时间,故障时间及波形,再启动过程,各电动机的冉启动次数,电动机中修及小修提醒,报警,再启动系统和计算机自检等功能,并注明日期,打印上最接近的微秒值.可提供决定事件Jl,ly-所需要的信息,因而可以减少事故处理的时问,并简化了系统故障时提出事故报告的作.录入波形罔包括电压和电流波形,并可列?f

20、J数字参数,启动录波前,后的周波数也可以选择,显示录入的波形网,对事故分析及供配电系统和继电保护数据的改进是很有用处的.T业计算机的模块化设汁给维护及检修带来极大的方便.3.6特大供配电系统电动机群再启动技术在大型企业供电电源发生故障切除后,将有多个供配电系统的几百台,甚至上千台电动机参加再启动.特大供配电系统电动机群再启动是一个非常复杂的过程,应总体考虑,而且必须进行严格的计算,否则将扩大事故范围,此时电压与电流控制式和计算式电动机群分批再启动方法将发挥极大的优越性.3.7相差特大供配电系统电动机群再启动技术由于故障的供配电系统很大,在内部的同步电动机及补偿电容器等作用下,转动惯量大的电动机

21、拖动转动惯量小的电动机以同一速度下降,故障系统的残余电压衰减的很慢.可利用电源电压与电动机残余电压之间的相差动作BZT,使BZT作用于其相差小于30.内,从而提供了电动机再启动的速度,大大降低了特大供配电系统再启动过程的能耗.3.8计算机特大供配电系统电动机群再启动技术利1Lj各种再启动方法与技术的混合也可完成特大供配电系统电动机群再启动任务.用主变电所计算机构成网络,监测各分变电所高压变电所内电动机的运行状态.用可编程序控制器和汁算机控制系统电动机再启动技术监测各低压变电所内电动机的运行状态.供电电源发生故障切除后,主变电所汁算机根据测量的各分变电所母线电压及总电流,利电与电流计算式电动机群

22、分批再启动方法,完成各分变电所的高电动机再启动任务,再用可编程序控制器和计箅机控制系统电动机冉启动技术完成各低电压变电所内的低压电动机再启动仟务.4.电动机再启动控制电路的设计4.1自动再启动的基本原则为l保证没备及人身安全,电动机自动再启动必须遵守两琐基本原则一(1)所有的再启动措施只在停电后的短时间内起作用在这段时间内,电动机等待线路重合闸,或者备JLfj电源自动投入,或者电压恢复正常,如果超过这个时间段,断电已成定局,再启动措施应自动解除,生产也只能无nf挽回地停下来.这样可以避免下次人恢复供电后电动机的盲目F1动再启动.(2)电动机在人为的手动停车或事故跳闸停车的情况下,不应自动再启动

23、4.2自动再启动控制方式(1)瞬间再肩动控制方式瞬间冉启动是指在”晃电”结束,供电恢复的瞬间,电机不必延时自动冉启动,主要于单台电机的再启动,或者用于虽然需要再启动的电机台数较多,但总容量较小且不需分批启动的场合,能够实现这种控制功能的控制一(2)延时再启动方式“晃电”结束后,电机可再延时一小段时间自动再启动的方式,这主要用于2台或2台以上量比较大的电机需要分批启动的情况.低压电机自启动继电器MRR实现的延时启动,MRR继电器是为断电延时自启动设一体化的高科技产品,体积小,安装方便,接线简单,可直接安装于现场低压开关MRR在”晃电”后町按设定的时间(O25s)一启动;如超过设定时间,则MRR闭

24、锁自启动现场如有多台电机,可由MRR设定不同的自启动时间,以实现分批自启动.MRR单_冗内无任何用户维护的部件,如电池等一在【作电源彻底中断25s之久,它仍能按设定的参数精确控制,通电时参数不用重新调整,(3)利用PIc编程来实现利用puS编程可以较好的实现识别和冉启动功能,根据所要求控制回路数的多少,来选择多台或一不同点数的PLC配置,将PLC安装于配电室内作为集中控制.由于化T厂的腐蚀性和现场按钮的距离一般较远,最好选用AC220V输入的PLC.以免电阻值对输入采样产生影响,现以日本OMRON,CPM1A系列PLC为例,来编程实现这一功能.PIC本身在完全断电的情况下,其内部直流电源可维持

25、T作约1秒左右(视外部使用的输入,输出回路多少而不同),为了提高其可靠性,做到精确定时,采用编程来实现主要是利用PIc的断电保持继电器来记忆哪些设备处于运行状态,只要不足按下停车按钮或热继电器动作,所造成的接触器释放,在外部断电延时继电器所允许的时间内电源得以恢复时,能够立即自启动主机:由于是作用多台电机回路的集中摔制,因此选用两只同样的外部时间继电器以提高丁作的可靠性.5.电动机再启动的方法与技术的选择电动机再启动的方法与技术的选择不能仅考虑方法先进及技术最佳,而应根据本企业需要选择经济技术合理的冉启动技术能用时间继电器解决的问题就不应使用计算机,不能嘶蛇添足一味地追求先进:对于电动机台数较

26、少连续性要求不高的供配电系统,可考虑时间继电器或再肩动继电器;对于电动机台数较多连续性要求很高的供配电系统,推荐使用n编程序控制器电动机再启动技术;对于代化程度高资金充裕的企业,可采用计算机控制系统电动机再肩动技术结束语企业必须首先提高对供配电系统电气设备维护及管理下作,以提高供配电系统的可靠性及供电质量胆供配电系统的故障是不能完全避免的电动机的再启动技术是对供配电系统故障后的补救措施之_.,目的是进一步提高供配电系统对电动机供电的可靠性,冈此要求用于电动机再启动技术的元件及设备的可靠性应非常高,否则电动机再启动技术就失去了应有的价值企业选择电动机再启动方法与技术时应进行经济技术比较,根据再启动电动机的重要性,数量及供配电系统故障后对企业造成的安全及经济损失等方面确定最佳的冉启动方法与技术参考文献1杨玉杰,汪仁先基于MATLAB的SVPWM变频调速系统的仿真l鞍山钢铁学院,2()02,(【J4)2王晶晶,徐国卿,王麾.基于DSP的两种SVPWM技术实现方案研究I电_T-技术杂志,2003,(J1)3张国本,杨晓春异步电机叠频法温升试验研究1_东方电气评论,2004,()3).4张树宽IGBT元件在煤矿直流电机车调速控制中的应用山东煤炭科技,2f】03,()3)