TMEIC高压变频软启动装置在电拖轴流机组中的应用

0 引言

在风量不要求有很大变化的生产装置中，选用电动机驱动的风机机组，是首选的机组配置模式。随着单机大容量风机的设计、加工能力的提高，中、大容量的风机在容量较小的电网中的启动问题，以及要求电动机有较强的启动能力问题，颇受人们关注。为了避免电机直接启动对电网造成的冲击，随着电力电子技术的快速发展，在中大型风机的启动中，现在都选用变频软启动方式。

陕西鼓风机(集团)有限公司为唐山宝业钢铁集团公司提供了两套轴流风机，拖动电机是2台19 000kW的异步电动机，由于电动机的功率比较大，选用了日本TMEIC公司高压变频软启动装置来起动电机。

1 系统构成

变频软启动是在电动机的启动回路中，通过串接变频器，最大限度地限制机组的启动电流，减少启动电流对电网的冲击。电动机的启动和同步主要是由变频控制系统和外部高压开关共同完成的。

本系统采用一套变频器，通过切换可分别启动2台电动机。系统主要由变频器进线端开关(KG1和KG2)、变频器出线端开关(KG5 和KG6)、正常运行时主开关(KG3和KG4)、母线PT 柜和电机端PT 柜、升压变压器、变频器及控制系统构成。通过各个开关和变频控制系统之间的相互联锁，实现电机的变频启动和在线运行的无波动切换。

软启动系统主回路原理示意图如图1所示，电机M1 和M2 分别分布在母线玉和母线域上。变频器输入侧开关KG1和KG2对应不同的母线，用来切换启动电机。

2 风机的启动原理

以启动电机M1为例做一说明。

首先，合变频器输入开关KG1和输出开关KG5，在接通主回路后启动变频器，使变频器带M1开始工作。随着变频器的输出频率从0 Hz 逐步升到50 Hz(启动时间可以设定)，变频器的输出电压(升压变压器后)从0 V开始升到10 kV，电机M1的转速由0开始逐步升至额定转速运行。

在变频器输出频率达到50 Hz以后，变频器内部同步装置检测变频器的输入电压、输出电压相位，频率并接受并网开始指令，变频器调整其输出参数，使之逐步达到其输出电压和电网电压同频率、同相位;外部同步装置同时确认升压变压器输出电压和电网电压同频率、同相位并锁相以后，发出并网指令，合并网开关KG3;此时电机由变频器和电网共同供电，然后逐步将电机的负载由变频器供电转移到电网供电上;最后变频器断开KG5和KG1，整个M1负载由电网承担，电机M1启动结束。

3 保护功能

1)在启动过程中，机组的所有保护由变频系统完成，所设的保护有过电压、过电流、欠电压、缺相、变频器过载、变频器过热、电机过载、输出接地、短路等保护功能。变频装置设有隔离变压器的各种保护功能。

2)在机组启动成功，切换到工频后，电动机的所有保护在高压开关柜上实现。

4 变频软启动的特点

1)升压平稳。因为变频软启动是电子式启动器，所以其升压平稳，能有效降低冲击力矩，保护机械设备。

2)不会带来电流和转矩的冲击。因为电机在从变频器供电切换到电网供电的过渡过程中，变频器一直是在满负荷状况下运行，因此切换动作不会带来任何电流和转矩的冲击。

3)缩短了电机的启动时间。在启动过程中可以维持启动电流不变，启动力矩增加，有效地缩短了启动时间。

4)无需功率因数补偿装置。在20%~100%的负载变化情况下功率因数达到或超过0.95。

5)无需滤波装置。变频器可输出正弦电流和电压波形，对电机没有特殊的要求，可以使用普通的异步电动机，电机不必降负荷运行，没有电机启动冲击引起的电网电压下降现象，可确保电机安全、长期、可靠运行。

6)变频装置输出波形不会引起电机谐振，转矩脉动小于0.1%，可避免风机喘振现象。变频器设有共振点频率跳跃功能

7)变频器对电网电压波动有极强的适应能力，在电网电压依10%的变化范围内变频器能满载工作，在电压下降25%的情况下变频器能继续运行而不跳闸(降载运行)。

8)调速范围为0~100%连续可调。

5 结语

高压变频软启动装置在大型电拖机组中的应用，解决了用户现场由于电网容量不足导致机组启动困难、对电网冲击大、影响电机寿命等问题。在所有的启动方式中，变频软启动的启动性能是最好的，但是由于国产的变频器容量有限，目前主要依赖进口产品。需要说明的是这种启动方式控制复杂、启动设备多，资金投入很高，现场调试工作量大，不易维护。