WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置在氮氢气压缩机中的运用

1问题分析

红磷公司合成氨厂拖动氮氢气压缩机的同步电动机励磁装置于2005年投用,型号为TMDS-I,经过多年运行,该励磁装置已不能适应合成氨装置生产连续性的特点,存在以下问题:(1）腐蚀严重。该励磁装置的控制器由分离电子元件和集成电子元件组成,经过多年的运行,控制器插头、电子元件管脚都被气氨严重腐蚀。(2）运行不稳定。近年来,该励磁装置在运行过程中励磁电压和励磁电流波动大,更严重的是运行中会出现灭磁现象,引起氮氢气压缩机失步跳停并发励磁故障信号,经多次联系厂家人员到现场查找故障,故障依然存在,未能消除。(3）功率因数不稳定。该励磁装置在运行过程中功率因数常发生变化,特别是在氮氢气压缩机加、减负荷的过程中更明显,需要电工随时跟踪调节励磁电流和励磁电压,以保持电网的无功补偿,并且调节时励磁电流、电压和功率因数波动大。

由于上述各种原因,红磷公司合成氨厂氮氢气压缩机的同步电动机励磁装置已不能适应合成氨装置生产连续性的特点,需对直流励磁电源进行技改。

2技改情况

2.1同步电动机励磁装置的选型

通过对多家励磁装置性能和价格的对比,选用长沙八达电控设备实业有限公司生产的WBL32-600Ⅲ/110V型励磁装置进行整套更换比较适合。

2.2WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置的组成

该励磁装置主要由柜体、风机冷却单元、功率灭磁单元、微机控制单元、继电保护单元、仪表操作单元及励磁变压器组成。具体介绍如下:

(1）柜体。标准配置时采用GGD柜体,尺寸为2200mm×800mm×600mm;表面经喷塑处理,式样美观,经久耐用。前面为玻璃门,各种仪表、信号指示、控制单元操作显示面板及空气开关通过玻璃门清晰可见。

(2）风机冷却单元。励磁柜顶部装有一台低噪高效轴流风机。作为整个励磁装置的散热冷却器件,其主要功能是防止功率灭磁单元及柜内其他元器件温度过高,延长元器件使用寿命。

(3）功率灭磁单元。该单元主要由德国原装进口的晶闸管模块和整体平板式（或热管式）散热器装配而成,进口晶闸管模块组成三相全控桥式整流电路,晶闸管的阻容吸收电路和灭磁控制电路也装在上面。

（4）微机控制单元。励磁装置配备WBS-A型微机全数字励磁控制单元,它是励磁装置的控制核心。该控制单元以两个VRC系列高端处理器（双PU＋）+硬件脉冲发生器+功能强大的系统软件组成核心技术,保证了WBL30系列励磁装置的先进性、高稳定性和高可靠性。

2.3WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置的技术特点

（1）该励磁装置采用三相全控整流桥固接励磁线路,保持了同步电动机的固有启动特性。在启动过程中,启动电阻正、负半波可靠对称接入,当转速到达亚同步速时,励磁控制单元能迅速准确按整定投励参数捕捉到滑差,按转差为4%～6%时顺极性零角自动投励,投励无冲击,电机加速平稳,启动无脉振。

（2）该励磁装置的功率单元（主回路）采用进口晶闸管模块,参数一致,质量稳定,运行可靠,结构简单,体积小巧,更换方便。

（3）该励磁装置的核心一WBS-Ⅱ型微机全数字励磁控制单元,采用了双套配置,双机分主、备机运行且互为热备,软、硬件完全独立且无任何公用部分,备机自动跟踪主机运行状况。双机均正常时可任意切换指定主机通道:在主机发生软、硬件故障,电源故障,I/O通道失效等故障且故障等级恶劣于备机时,自动无抖动切换至备机通道:若备机同时发生更严重故障则在非致命故障条件下自动转入手动模式或开环保守模式运行,致命故障动作于跳闸停机。控制单元采用了两个VRC系列高端处理器（双PU＋）,正常时协同处理,故障时互为备用,PU＋使用VLL1N0NE技术,无需外围器件,故障点减少,其性能及可靠性在当今工控单片机领域均处于高端水平:同时数字硬件脉冲分配器采用单片高速大规模数字电路,一片集成上万个门,因此寿命长、可靠性高、处理能力强、处理速度快,能在实现各种调节模式的同时完成对电动机及励磁装置的保护功能。控制单元采用全铝机箱,背插式结构,硬件模块化、标准化,检修更换极为方便。励磁控制单元配备大屏幕液晶显示,全中文菜单,系统所有参数的设定都可通过它来完成,操作简便直观,能很好地实现人机对话。

（4）励磁装置保护功能全面,对系统电源失压、无励、低励、过励、早投、过热、转子接地、缺相、短路等故障均有可靠保护。

2.4WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置的安装

拆除原用的励磁装置,把新励磁装置安装在原励磁装置的位置上,电缆和整流变压器仍使用原来的。

（1）安装前检查:检查经长途运输后的包装有无严重的外部损伤:开箱后核对装箱物体的品种和数量是否与装箱清单相符合:检查设备的外观应无严重伤痕,内部应无电气和机械损伤:如有损坏需更换元器件,应按电气元件表所列规格、参数选配:检查接线等有无松动:检查同步电动机铭牌所标励磁电压、电流数值不得大于本设备额定值:用电桥测量同步电动机转子励磁绕组直流电阻值,核对放电电阻CFD1、CFD2,其阻值的和应为转子绕组值的6～10倍:检查本设备主电路,控制电路对地绝缘应良好。

（2）安装:励磁装置安装于电缆沟槽钢支架上并须可靠接地,接地电阻应小于4Q。前后空间应保证前后门开度并留有足够的操作空间:柜体与地面垂直,倾斜度不大于5o,柜体与支架之间用安装螺钉紧固。励磁变压器安装在柜外,方便散热。

2.5WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置的参数设置

本装置出厂时按型号规格已进行参数整定,在现场使用时下列几个参数须根据电机实际情况复核或重新整定:（1）灭磁回路晶闸管导通开放电压值。（2）最大、最小安全励磁电流值。（3）初始投励磁电流给定值。（4）后备投全压及后备投励延时时间和早投保护时间。（5）调节模式及给定值。（6）PT变比、UT变比。

2.6WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置的试车

（1）将"调定/零位/允许"转换开关拨回零位,停电,去掉假负载:接上转子,确定转子接线正常后再送电。

（2）确认"调定/零位/允许"转换开关在允许位,短接开车信号辅助接点（102、104）,风机运行:装置将按指定的调节模式和给定值自动进入空试,输出励磁。观察各量是否正常,正常后,断开短接点,空试自动结束。

（3）断开同步电动机定子侧隔离开关,将转换开关放到"允许"位置,现场操作,空投合闸,进行联锁及模拟故障试验。

（4）联锁及模拟故障试验无异常现象后,启动电机,投入运行。

2.7WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置的运用情况

（1）改造后,新励磁装置运行稳定,能自动跟踪电机的运行负荷调节电网功率因数,在0.5～1范围内连续可调,有效改善了电网质量。（2）改造后,由于励磁控制单元双PU＋同时运行,正常时协同处理,故障时互为备用,且可在不停机的情况下更换损坏的控制单元,保证了压缩机的连续运行,提高了设备的运转率。

3结语

到目前为止,WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置运行正常。氮氢气压缩机是合成氨生产中的关键设备之一,若氮氢气压缩机启动时出现故障或运行中跳停,将影响整个装置的运行状况。通过本次改造,消除了运行过程中出现灭磁引发事故的重大安全隐患,解决了在氮氢气压缩机加、减负荷的过程中需要电工随时跟踪调节功率因数的问题,保证了生产的安全、稳定和长周期运行。因此,WBL30系列微机控制同步电动机励磁装置在我厂同步电动机中的运用是成功的。