摘要：西门子公司的SIMOVERT MV中压变频器由于它可以实现软起动，远程及开环，闭环控制，因此在中压领域中得到了广泛的使用。苏丹炼厂焦化装置除焦高压水泵电机所配制的中压变频器是利用其从0HZ－50ZH平滑起动特性，从而实现了大功率电机在小容量电力系统的频繁启动。本文结合苏丹炼厂的实际情况，就苏丹炼厂选用的中压变频器进行软起动的原因，组成，内部的结构特点，功能以及在应用中出现的一些问题和现象进行了阐述和讨论。
关键词：中压变频器；软启动；控制
电力系统运行安全可靠是炼厂安全生产的最基本的保证，苏丹炼厂的电力系统是由自备电站供给，在二期扩建前，由3台12MW发电机(运行方式两开一备)和一可发电8MW的烟气轮机组成，合计发电量32MW，母线短路容量大约122MW，全厂预接负荷26MW，电网容量较小.而焦化水力除焦高压水泵3200KV电机参数为：Ue=6KV,Pe=32KW,ηe=0.97 cosФ=0.9 Kq=5。为避免功率大，起动电流倍数较高电机设备在全压直接起动过程中对电力系统的冲击，就不得不采取一些措施间接起动。
近年来随着变频技术高速发展，中压变频技术在电机起动方面得到了广泛的应用，所以苏丹炼厂根据实际选用了西门子SIMOVERT MV中压变频器，并通过设计院计算，能使电机启动时其过负荷倍数接近1，不会对电力系统造成冲击，基本满足要求。
一、苏丹炼厂焦化中压变频器软启动系统的选择
变频器软启动系统不是用变频器直接运行电机，而是仅仅把变频器用于电机的启动，也就是用小容量的变频器来完成启动大容量电动机的任务，等启动完成后再转到工频运行，焦化变频器就是这样，由于多种原因苏丹炼厂焦化变频器软启动系统是用2190KW的变频器来启动3200KW的电机，只所以这样选择另一方面也是由高压水泵的操作条件决定的，因为在启动过程中高压水泵为回流状态，也就是轻载运行，水泵阀门开度较小大约在30度左右，变频启动完成后切换到工频旁路运行，此时可加大水泵负载，并使电机的启动电流不大于电机的额定电流。
二、苏丹炼厂焦化中压变频器软启动系统设备构成：
本变频器启动设备采用的是高-低-高方式，主要由外围的辅助设备和变频器本体组成，外围设备有同步切换柜，高压开关柜及水力除焦泵现场主控柜，变频器本体相关设备有2500KVA三线圈降压变器， 2500KW升压变压器，2190KW变频器，输出滤波器。
焦化变频软启动系统电路构成如图
三、焦化中压变频器软启动系统各部分电器设备的功能简介
同期切换柜：同期切换柜主要是由PLC编程控制器，同期检测表及外围继电器组成，它是整个软启动系统的中继中枢，所有的命令执行和状态反馈，故障报警显示(主要是电器开关的状态，储能，动作故障，而变频器本体的故障报警也会显示)都是由它来完成的。最主要的它还是完成电机由变频启动转化到工频运行的关鍵设备。
除焦主控柜：除焦主控柜是电器系统和生产工艺及仪表等综合控制柜，在启动切焦水泵时，显示电器系统，生产工艺是否正常，是否允许启泵，同时由它发出选泵，选塔，启动，停止以及在切焦过程中出现紧急情况下发出跳车保护等命令。
降压变频变压器：降压变压器是一个三绕组变压器它把6KV三相电压变为相位差30°2*3－pH 2.3KV的电压，此输出作为变频器中整流器的电源。
整流器：整流器是一个不可控三相桥式二极管整流器，它可以将降压后的工频电源变为12脉冲电源，每个二极管整流器供给直流母线一半的电容器，直流母线电压由串联连接产生。
直流母线：直流母线的基本元件是电容器组，放电晶闸管和预充电装置组成。
逆变器：逆变器是变频器的核心部件，它是由HV－IGBT模块和触发模块组成，共分3个相单元，通过它形成的脉冲电源，最后成为三相频率可调节的正弦波电源。
滤波器：滤波器是由一个适配电压的集成自耦变压器的LC电路组成，它的主要功能是抑制高次谐波，可使输出电压的畸变系数＜10%。
升压变压器：升压变压器是把从滤波器输出的电压（大约4.16KV）通过升压变为所需要的电机额定电压6KV。
另外，变频器本身也具有监控和保护功能，其组成部分是由A200数字控制系统和A300 UEL控制模块及外围模块组成。A200处理器模块主要的功能是用于计算，判断变频器内部各部分的工作状态，是否发出保护停机信号等。A300 UEL模块的功能是通过光纤电缆连接HV－IGBT触发模块。计算来自触发模块的返回信号。
SIMOVERT MV中压变频器是一个功率电子装置，它是从一个固定频率三相电源线路中生成一个三相可调，频率可调系统。这样可以实现三相电机的连续速度控制，因此它具有较高的动态性和良好的控制特性。但由于电机的功率和变频器的功率不匹配，变频器的容量是2500KVA输出电压是4.16KV而电机的功率是3200KW，6KV这样变频器出输出端增加一台升压变压器且只能带电机70%的负荷，因此它只在电机起动过程中使用，当电机起动完成要转到工频运行时还需要增加一台由变频驱动转换为工频动行的同期装置
四、变频器内部的参数设定
变频器参数类型分为：监控参数，设定参数和BICO参数。其中监控参数是被用来专门监控转动系统中的量的参数，BICO参数是用来确定来自输入或至输出的连接点，这两种参数一般不需要改变，而设定参数是与软启动有直接关系的，特别是苏丹焦化有两台高压电机，且不同生产厂家，所以需要两套分别不同的电机参数，例如出输的最大功率，最大频率，直流母线保护电压，电源GSV的保护值以及启动时限等 如下图
五、该软启动系统的工作过程
相关的辅助电源都在合位且显示正常。
除焦系统主控柜，同期切换柜和变频器及相关设备都显示正常，无报警信号。
变频器主电源5#断路器在工作位置，且储能完成。
高压水泵旁路电源2#(3#)断路器和变频输出开关3#(4#)断路器都在工作位置
这些都正常后就可以启泵，启动前首先操作除焦主柜上的选泵控钮，由该控钮控制同步切换柜进行的选泵，如选1#泵，按下启动按钮后由同切换柜PLC控制首先合上3#断路器，再由变频器控制合5#断路器，同时变频器风机起动，此时变频器给直流母排充电并检测风压，符合条件后变频器开始动行，在变频器动行达到50Hz后由同步切换柜进行同检测，主要检测工频，变频两侧的频率和相位等，符合要求时则进行从变频运行到工频旁路的切换。切换顺序为先断3#断路器，再合1#断路器，后断5#断路器，至此变频启动过程结束，电机处于工频运行状态，同步切换柜将工频运行信号传给水力除焦主控柜，主控柜接到该信号后则进行下一步的正常加载操作。
六、软启动装置在苏丹炼厂的应用
该软启动装置在苏丹炼厂是一个非常先进的一个设备，对它的认识也只停留在书面上，虽然设备安装调试也经过真认的学习和研究，但在使用过程中也常常出现一些问题。
问题1、电机在起动过程中，在频率达到近50Hz时，常常不能实现工频与变频的切换。
解决方法：通过认真的观察和分析发现越是变频器输出的频率越与工频频率接近越不能实切换，这是因为在同期必须具三个条件，电压相等，频率相等，相位相等。但实际的情况却是不等，而是有一定的差值，这个差值越小，在一定时间内两电源的同期点越少，而在一定时间内同期表需要检测到第四次同期点时才能发出切换命令。因此苏丹们把就把变频器的启动同期表的频率适当调整，由原来的99.8%调整为100.5%，这样就解决了问题。
问题2、软启动装在常常不能一次切换功成，必须启动几次才能切换到工频，这不仅频繁起动对电机不利，而且对电站发电机系统造成了一定的影响，必须反复调整汽机。
解决方法：观察经过每次电机起动过程中，我们发现电力系统频率都下降0.5～0.7HZ
如果系统频率为50HZ左右，那么在起动过程中同期表因变频器输出电源频率与系统电源频率差太大不能起动，无法实现切换。如果两频率太近进，那么在起动过程中因频率差太小，在一定时间内同期表检测不到四次同期点，也会因起动超时而跳闸不能切换。故我们与电站协商，启动电机时系统频率调整到50.5HZ，并且又生产操作室内安装一块数字频率显示表，专门用来在起动电机时给操作人员参考用。这样在以后的基本消除了起动电机需要多次切换才能成功的问题。
七、使用中压变频器作为电机的软起动设备的一点体会
1.中压变频器作为电机的软起动器装置，与以前的高压电机软起动装置相比有着很大的优势，它启动平稳、维护量小的优点，特别是全数字型控制和监视，几乎不需要什么特殊的维护。当出现报警或保护动作时，能很快通过OP7人机界面显示故障的原因和类型，便于查找的处理。
2.虽说只是一个软启动装置，但也要结自已电力系统的情况，制定相应的协调制度，减少切换次数，才能达到最佳使用效果。
3.在设备处于安装阶段时，用户的技术人员和维护人员应积极参与，因为在这一阶段才最容易暴露问题，在解决问题的过程中才最能熟悉系统和设备，提高自己的技术水平，便于以后对系统的维护和问题的处理。
4.适当准备一些易损元件，例如IGBT，触发板，电池，风机和放电电阻等。这样一旦有故障才能及处理，同时在处理问题时做好防静电保护。最后还要注意不要轻易拆柜门，以防因之密封不严而出现风压报警。
参考文献：
[1]空气冷却变频器使用说明书 西门子电气传动有限公司 版本 09/2001
作者简介：李光，本科，1992年参加工作，抚顺石化工程建设有限公司一分公司电工工车间工程师， 2004年1月至2009年6月 中国（国际）苏丹喀土穆炼油有限公司机动部电修工程师。
论文作者:李光
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/1
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