淺談VFS高壓軟啟動(dòng)在大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中的成功應(yīng)用

摘 要：文章根據(jù)延長氣田延氣2井及延128井區(qū)天然氣液化廠VFS高壓軟啟動(dòng)在冷劑壓縮機(jī)電機(jī)啟動(dòng)中的應(yīng)用實(shí)例，介紹了VFS高壓軟啟動(dòng)裝置的工作原理、主電路接線及在大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中的現(xiàn)場應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：VFS軟啟動(dòng)；晶閘管；有級變頻

中圖分類號：TM359.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0098-02

目前大型企業(yè)和大型設(shè)備日益增多，大型電機(jī)的應(yīng)用也隨之增加，其起動(dòng)方法也越來越受到人們的重視。大功率電機(jī)直接起動(dòng)帶來超大的起動(dòng)電流沖擊和過高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使起動(dòng)時(shí)電機(jī)的電流特性和轉(zhuǎn)矩特性對供電網(wǎng)造成嚴(yán)重干擾，對機(jī)械負(fù)載造成損害，嚴(yán)重情況甚至造成電網(wǎng)劇烈波動(dòng)或負(fù)載設(shè)備損毀。近年來以計(jì)算機(jī)為核心，采用晶閘管的智能化新型軟起動(dòng)器受到各行業(yè)的青睞，并廣泛應(yīng)用于石油化工、電力工業(yè)、冶金鋼鐵等行業(yè)的各種鍋爐鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、油泵、特種泵、水泵類設(shè)備等領(lǐng)域中大功率交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停車運(yùn)行。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

延氣2井及延128井區(qū)天然氣液化廠冷劑壓縮機(jī)電機(jī)為7 300 kW兩臺、7 500 kW一臺，10 kV供電，額定電流分別為480 A和494.6 A，若電機(jī)直接起動(dòng)啟動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的4～７倍，會造成電源電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響廠區(qū)及上級供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常工作，所以應(yīng)限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，減少啟動(dòng)時(shí)大電流對電網(wǎng)的沖擊。經(jīng)過對常見的VFS、固態(tài)起動(dòng)器、磁控起動(dòng)器、液阻起動(dòng)器等幾種軟起動(dòng)方法進(jìn)行了綜合比對，如表1所示。

通過比較，我們選用了VFS高壓軟啟動(dòng)控制方式。應(yīng)用VFS可使電機(jī)的啟動(dòng)電流控制在額定電流的1.5～2.5倍，起動(dòng)力矩可達(dá)到80%Te。

2 VFS工作原理

有級變頻無級調(diào)壓軟起動(dòng)裝置（Variable Frequency Starter，簡稱VFS）是新型電機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)品。高壓有級變頻無級調(diào)壓軟起動(dòng)采用跳波原理，可以在1/4工頻、1/2工頻和全工頻3種頻率下，通過無級平滑調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，來降低電網(wǎng)施加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。

一套完整的VFS主要構(gòu)成部件包括高壓功率閥組部分、控制機(jī)部分、傳感器部分、高壓真空旁路斷路器、平波電抗器（可選項(xiàng)）。VFS的控制部分以微處理機(jī)作為其控制單元，用以控制它的功率部分。VFS的功率部分由三組晶閘管閥組構(gòu)成，晶閘管閥組串接于電動(dòng)機(jī)和三相電源之間。電壓和電流傳感器則負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)電壓信號和電機(jī)電流信號，為控制機(jī)計(jì)算晶閘管的觸發(fā)角度提供數(shù)據(jù)。控制機(jī)通過控制晶閘管觸發(fā)角的大小、時(shí)間和相位來改變電機(jī)定子端的輸入電壓和頻率，從而控制電機(jī)的起動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)。

3 大功率型VFS主電路接線

VFS柜中標(biāo)有L1、L2、L3的接頭需對應(yīng)電源A、B、C三相順序相連接（注意相序），VFS柜中標(biāo)有T1、T2、T3的接頭需通過斷路器對應(yīng)接到電機(jī)接線柱。大功率型VFS主接線圖如圖1所示。

VFS系統(tǒng)由進(jìn)線斷路器QF1、高壓軟啟動(dòng)、旁路斷路器QF2、高壓電動(dòng)機(jī)組成。

全系VFS可提供普通軟起動(dòng)模式，包括電壓斜坡起動(dòng)、電壓斜坡加電流限流起動(dòng)、電流限流起動(dòng)三種。除普通軟起動(dòng)模式外，VFS還具備獨(dú)特的變頻起動(dòng)模式，根據(jù)功率單元配置不同，可分別提供三閥組兩級變頻起動(dòng)模式和五閥組三級變頻起動(dòng)模式，變頻起動(dòng)保證了在限制起動(dòng)電流的前提下，為電機(jī)起動(dòng)提供充足的起動(dòng)力矩。

三閥組兩級變頻起動(dòng)模式：VFS功率單元由三閥組構(gòu)成。控制機(jī)產(chǎn)生六個(gè)周期性的觸發(fā)信號，按照已確定的控制策略使三組反并聯(lián)的功率閥組依次導(dǎo)通，這樣輸出兩種電壓頻率為12.5 Hz、50 Hz，同時(shí)通過控制和調(diào)節(jié)電機(jī)的壓頻比值，使起動(dòng)電流和起動(dòng)力矩得到最優(yōu)的控制，使電動(dòng)機(jī)從靜止到額定轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)起動(dòng)。

當(dāng)電機(jī)達(dá)到全速運(yùn)行后，電機(jī)電流降到正常全速運(yùn)行的電流值。VFS軟起動(dòng)器配有全速運(yùn)行狀態(tài)輸出繼電器，閉合旁路高壓真空斷路器，使電機(jī)電流流經(jīng)旁路斷路器，從而防止晶閘管導(dǎo)通所產(chǎn)生的壓降引起的熱損耗，提高了工作效率及可靠性。VFS工作在全壓狀態(tài)下，正如其它起動(dòng)器一樣，在電機(jī)軟起動(dòng)后，電網(wǎng)電壓直接加到電機(jī)上，而優(yōu)于其它起動(dòng)方式之處在于VFS控制機(jī)內(nèi)嵌一個(gè)全功能的電機(jī)綜合保護(hù)器，它的靈敏度和對故障保護(hù)反映速度以毫秒來計(jì)算，對電機(jī)起到了可靠的保護(hù)作用。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

延氣2井及延128井天然氣液化廠7 300 kW和7500 kW大功率電機(jī)通過應(yīng)用VFS高壓軟啟動(dòng)裝置，目前每臺裝置啟動(dòng)已達(dá)三次以上，均運(yùn)行平穩(wěn)，應(yīng)用情況良好，啟動(dòng)參數(shù)見表2。

5 VFS特點(diǎn)

變頻起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適合于電動(dòng)機(jī)在較重負(fù)載下起動(dòng)；起動(dòng)電流小，約為電動(dòng)機(jī)額定電流的2～3倍，這樣可以降低用戶電網(wǎng)裕量；可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的定子電壓的無級平滑調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)柔和；全功能的電機(jī)保護(hù)：有電源相序錯(cuò)誤保護(hù)、缺相保護(hù)、觸發(fā)脈沖丟失保護(hù)、起動(dòng)超時(shí)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、短路保護(hù)、電機(jī)過流保護(hù)、接地故障保護(hù)、電機(jī)過壓保護(hù)、電流不平衡保護(hù)等。

6 結(jié) 語

VFS高壓軟啟動(dòng)裝置在大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)中的成功應(yīng)用，不僅大大降低了電機(jī)起動(dòng)電流對電網(wǎng)和電機(jī)自身的沖擊，同時(shí)也減少了對連在電機(jī)上的機(jī)械負(fù)載裝置的機(jī)械沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了故障和停機(jī)檢修時(shí)間，又降低用戶電網(wǎng)預(yù)留裕量大大節(jié)省了用戶投資，是目前性能/價(jià)格比很高的軟起動(dòng)方案，今后必將得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣曉雁.幾種常見的軟啟動(dòng)技術(shù)及其特性比較[J].榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(6).