淺談高壓電機(jī)的保護(hù)控制及其運(yùn)行維護(hù)

劉煒

摘要：近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高壓電機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于進(jìn)一步促進(jìn)高壓電機(jī)保護(hù)，提高電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率起到了較大的積極作用。文章對(duì)高壓電機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)及電氣調(diào)試進(jìn)行了分析和研究，以加強(qiáng)高壓電機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)研究及電氣調(diào)試管理，更好的促進(jìn)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量及效率。

關(guān)鍵詞：高壓電機(jī);保護(hù)控制;運(yùn)行維護(hù)

引言

異步電機(jī)主要用于電動(dòng)機(jī)，由于它的原理是用電磁感應(yīng)原理制成的，所以它又叫感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種電機(jī)。發(fā)電廠中絕大部分電機(jī)是來(lái)拖動(dòng)鍋爐和汽機(jī)附屬設(shè)備的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。異步電機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。但隨著我國(guó)對(duì)工業(yè)技術(shù)水平要求的不斷提高，異步電動(dòng)機(jī)也逐漸表現(xiàn)出了功率因數(shù)低，啟動(dòng)電流大，運(yùn)行中從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率較多以及不能在較廣泛的范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)、平滑地調(diào)速等缺點(diǎn)，給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。雖然有上述缺點(diǎn)，但據(jù)統(tǒng)計(jì)異步電機(jī)生產(chǎn)總?cè)萘考s占電機(jī)制造工業(yè)生產(chǎn)總?cè)萘康?5%，這也充分說明異步電機(jī)應(yīng)用的廣泛性和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。

1高壓電機(jī)的應(yīng)用發(fā)展概述

改革開放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，工業(yè)化進(jìn)程的速度正在不斷加快。在這一背景下，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模正在迅速增大，高壓電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。與低壓電機(jī)相比，高壓電機(jī)能夠?qū)κ褂弥械闹T多不合理之處進(jìn)行改善，因而表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，用其代替低壓電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用得到了越來(lái)越多人的認(rèn)可。本文對(duì)高壓電機(jī)的保護(hù)控制原理進(jìn)行了分析，并對(duì)其電氣調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了探討，希望對(duì)普及高壓電機(jī)的相關(guān)知識(shí)理論以及可以更好地使用和利用它能夠有所幫助。

2保護(hù)控制原理

2.1直接啟動(dòng)控制原理

對(duì)于高壓電機(jī)的直接啟動(dòng)，主要是采用真空接觸器直接啟動(dòng)與綜合保護(hù)控制器相結(jié)合的方式，通過電TA和零序電TA采樣電路，將工作電流及漏電電流輸送至綜合控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)分析和判斷。在這一過程中，一旦電機(jī)出現(xiàn)過流、漏電等異常故障，就可以聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)真空接觸器的動(dòng)作，通過切斷電機(jī)電源的方式來(lái)達(dá)到保護(hù)目的。當(dāng)電機(jī)的運(yùn)行電源被切斷后，就可以及時(shí)通過報(bào)警信息來(lái)通知相關(guān)人員進(jìn)行處理，直到故障被有效地診斷和排除后，再對(duì)真空接觸器進(jìn)行閉合，使電機(jī)恢復(fù)運(yùn)行。

2.2變頻啟動(dòng)控制原理

隨著科技的進(jìn)步，電機(jī)的控制原理和技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前對(duì)于高壓電機(jī)，已經(jīng)發(fā)展出了大功率高壓等級(jí)的IGBT開關(guān)管，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器的直接控制。通過利用變頻器內(nèi)嵌入的微機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)GBT管的啟、停進(jìn)行快速控制，而高壓交流電的頻率和電壓幅值，則可以憑借內(nèi)部程序和外圍電路進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制高壓交流電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車以及調(diào)速的目的。

現(xiàn)實(shí)中，當(dāng)高壓變頻電機(jī)運(yùn)行在高頻和低頻階段時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行變頻調(diào)控。當(dāng)高壓電機(jī)運(yùn)行在低頻階段時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高壓奇次諧波，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)行溫度升高，而這就會(huì)影響到電機(jī)的使用時(shí)間;而當(dāng)高壓電機(jī)運(yùn)行在高頻階段時(shí)，因?yàn)檩S承承受的轉(zhuǎn)速會(huì)較高，所以極易導(dǎo)致故障，使得電機(jī)的正常運(yùn)行受到影響。在這種情況下，就需要對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)控，這主要是借助直接啟動(dòng)控制方式或軟啟動(dòng)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)代化的高壓變頻電機(jī)內(nèi)部都集成了單片機(jī)，可以對(duì)包括頻率信號(hào)在內(nèi)的各種信號(hào)進(jìn)行采集、分析和輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能控制。當(dāng)出現(xiàn)變頻電流時(shí)，多個(gè)開關(guān)功率管可以串聯(lián)起來(lái)工作，進(jìn)而保障電機(jī)的起步和運(yùn)行電壓始終處于正常范圍內(nèi)，保證電機(jī)在需要的運(yùn)行頻率下正常工作。

3高壓電機(jī)的自動(dòng)化控制技術(shù)

3.1直接啟動(dòng)技術(shù)

高壓電機(jī)的設(shè)計(jì)過程包含很多方面，在直接設(shè)計(jì)過程中涉及到必須結(jié)合綜合保護(hù)器和真空接觸器，并確保零序電和采樣電路的直接作用，這樣才能有效控制電流，使高壓電力中的工作、漏電電流輸入到綜合保護(hù)器中，然后傳入信號(hào)輸入端，這時(shí)，相關(guān)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)就被綜合保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控起來(lái)了。在高壓電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，如果出現(xiàn)電力故障性問題，包括短路、漏電等，故障元件接觸器會(huì)立刻切斷電源，并第一時(shí)間將故障性問題上報(bào)控制中心，控制中心在對(duì)故障問題進(jìn)行排查處理時(shí)，必須確保高壓電機(jī)設(shè)備和綜合保護(hù)控制器等裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而可以高效率解決故障問題。

3.2變頻啟動(dòng)技術(shù)

通常所說的高壓和低壓變頻器指的是，對(duì)電機(jī)直接性進(jìn)行控制的電源，而且是高壓電源。隨著我國(guó)工業(yè)科技水平的不斷提升，晶體管開關(guān)管得到了有效開發(fā)和質(zhì)的提升，這里包括了高電壓、大功率等級(jí)的雙極性的部件，它能推使高壓交流電在二極管內(nèi)進(jìn)行有效整流，并轉(zhuǎn)變成高壓直流電。此時(shí)，絕緣柵雙極性的高壓開關(guān)管能夠有足夠的電力保證，確保碰觸運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，進(jìn)而產(chǎn)生三相類高壓電源（交流電），在流經(jīng)電抗器并被濾波處理后，便產(chǎn)生了變頻三項(xiàng)電（交流電），進(jìn)而可以確保高壓電機(jī)正常、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

除了上述描述外，開啟、斷開高壓管（絕緣柵雙極性），主要是由變頻器的主控制中心即信息控制中心進(jìn)行控制，而高壓電流則是被變頻器的主控制程序和外部線路控制，這樣的設(shè)計(jì)看起來(lái)比較繁瑣，但是它能夠很好的保證高壓電機(jī)開啟、運(yùn)轉(zhuǎn)、斷開等一系列運(yùn)行狀態(tài)和過程的安全、有效的控制。

3.3啟動(dòng)條件確認(rèn)

高壓電機(jī)在不同的運(yùn)行環(huán)境下，啟動(dòng)前的各項(xiàng)必備條件也不同，這里的運(yùn)行環(huán)境主要是指高壓電機(jī)所要拖動(dòng)設(shè)備的性能和狀態(tài)等。高壓電機(jī)在常規(guī)條件下運(yùn)行，需要的條件包括電機(jī)、潤(rùn)滑油、軸承的溫度以及需要確認(rèn)盤車電機(jī)是否脫開等。通常情況下會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)儀器即儀表控制器來(lái)確認(rèn)高壓電機(jī)啟動(dòng)前的條件，直到所有條件確認(rèn)符合運(yùn)行要求后，發(fā)出開關(guān)信號(hào)，這樣電機(jī)才會(huì)被允許啟動(dòng)。目前來(lái)說，功能越強(qiáng)大、要求穩(wěn)定性越高的設(shè)備對(duì)高壓電機(jī)啟動(dòng)前條件確認(rèn)也越多越復(fù)雜。

3.4軟起動(dòng)控制

在使用軟起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓會(huì)逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全部導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)便工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，降低起動(dòng)電流，避免起動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，起動(dòng)過程結(jié)束。起動(dòng)過程結(jié)束后，軟起動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，此策略可有效降低晶閘管的熱損耗并延長(zhǎng)軟起動(dòng)器的使用壽命，在提高其工作效率的同時(shí)規(guī)避了諧波的產(chǎn)生。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高壓電機(jī)的電氣調(diào)試過程，需要針對(duì)三相直流電阻、繞組極性以及高壓耐壓等三個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，這也是調(diào)試最核心的部分。測(cè)試從電源開始，在電流經(jīng)過操作臺(tái)后對(duì)其進(jìn)行變壓處理，然后進(jìn)行數(shù)值測(cè)試。為了提升調(diào)試過程中的安全性，在測(cè)試中要將所有涉電設(shè)備都進(jìn)行有效的接地處理。同時(shí)，在進(jìn)行調(diào)試的過程中，要確保電壓緩慢穩(wěn)定的上升，保持高壓電流表指針的穩(wěn)定。最后，要利用高壓耐壓方法對(duì)高壓變頻器、綜合保護(hù)器等高壓電機(jī)的核心部件進(jìn)行測(cè)試。

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