WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置在氮氫氣壓縮機中的運用

1問題分析

紅磷公司合成氨廠拖動氮氫氣壓縮機的同步電動機勵磁裝置于2005年投用,型號為TMDS-I,經(jīng)過多年運行,該勵磁裝置已不能適應(yīng)合成氨裝置生產(chǎn)連續(xù)性的特點,存在以下問題:(1）腐蝕嚴(yán)重。該勵磁裝置的控制器由分離電子元件和集成電子元件組成,經(jīng)過多年的運行,控制器插頭、電子元件管腳都被氣氨嚴(yán)重腐蝕。(2）運行不穩(wěn)定。近年來,該勵磁裝置在運行過程中勵磁電壓和勵磁電流波動大,更嚴(yán)重的是運行中會出現(xiàn)滅磁現(xiàn)象,引起氮氫氣壓縮機失步跳停并發(fā)勵磁故障信號,經(jīng)多次聯(lián)系廠家人員到現(xiàn)場查找故障,故障依然存在,未能消除。(3）功率因數(shù)不穩(wěn)定。該勵磁裝置在運行過程中功率因數(shù)常發(fā)生變化,特別是在氮氫氣壓縮機加、減負(fù)荷的過程中更明顯,需要電工隨時跟蹤調(diào)節(jié)勵磁電流和勵磁電壓,以保持電網(wǎng)的無功補償,并且調(diào)節(jié)時勵磁電流、電壓和功率因數(shù)波動大。

由于上述各種原因,紅磷公司合成氨廠氮氫氣壓縮機的同步電動機勵磁裝置已不能適應(yīng)合成氨裝置生產(chǎn)連續(xù)性的特點,需對直流勵磁電源進行技改。

2技改情況

2.1同步電動機勵磁裝置的選型

通過對多家勵磁裝置性能和價格的對比,選用長沙八達電控設(shè)備實業(yè)有限公司生產(chǎn)的WBL32-600Ⅲ/110V型勵磁裝置進行整套更換比較適合。

2.2WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置的組成

該勵磁裝置主要由柜體、風(fēng)機冷卻單元、功率滅磁單元、微機控制單元、繼電保護單元、儀表操作單元及勵磁變壓器組成。具體介紹如下:

(1）柜體。標(biāo)準(zhǔn)配置時采用GGD柜體,尺寸為2200mm×800mm×600mm;表面經(jīng)噴塑處理,式樣美觀,經(jīng)久耐用。前面為玻璃門,各種儀表、信號指示、控制單元操作顯示面板及空氣開關(guān)通過玻璃門清晰可見。

(2）風(fēng)機冷卻單元。勵磁柜頂部裝有一臺低噪高效軸流風(fēng)機。作為整個勵磁裝置的散熱冷卻器件,其主要功能是防止功率滅磁單元及柜內(nèi)其他元器件溫度過高,延長元器件使用壽命。

(3）功率滅磁單元。該單元主要由德國原裝進口的晶閘管模塊和整體平板式（或熱管式）散熱器裝配而成,進口晶閘管模塊組成三相全控橋式整流電路,晶閘管的阻容吸收電路和滅磁控制電路也裝在上面。

（4）微機控制單元。勵磁裝置配備WBS-A型微機全數(shù)字勵磁控制單元,它是勵磁裝置的控制核心。該控制單元以兩個VRC系列高端處理器（雙PU＋）+硬件脈沖發(fā)生器+功能強大的系統(tǒng)軟件組成核心技術(shù),保證了WBL30系列勵磁裝置的先進性、高穩(wěn)定性和高可靠性。

2.3WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置的技術(shù)特點

（1）該勵磁裝置采用三相全控整流橋固接勵磁線路,保持了同步電動機的固有啟動特性。在啟動過程中,啟動電阻正、負(fù)半波可靠對稱接入,當(dāng)轉(zhuǎn)速到達亞同步速時,勵磁控制單元能迅速準(zhǔn)確按整定投勵參數(shù)捕捉到滑差,按轉(zhuǎn)差為4%～6%時順極性零角自動投勵,投勵無沖擊,電機加速平穩(wěn),啟動無脈振。

（2）該勵磁裝置的功率單元（主回路）采用進口晶閘管模塊,參數(shù)一致,質(zhì)量穩(wěn)定,運行可靠,結(jié)構(gòu)簡單,體積小巧,更換方便。

（3）該勵磁裝置的核心一WBS-Ⅱ型微機全數(shù)字勵磁控制單元,采用了雙套配置,雙機分主、備機運行且互為熱備,軟、硬件完全獨立且無任何公用部分,備機自動跟蹤主機運行狀況。雙機均正常時可任意切換指定主機通道:在主機發(fā)生軟、硬件故障,電源故障,I/O通道失效等故障且故障等級惡劣于備機時,自動無抖動切換至備機通道:若備機同時發(fā)生更嚴(yán)重故障則在非致命故障條件下自動轉(zhuǎn)入手動模式或開環(huán)保守模式運行,致命故障動作于跳閘停機?？刂茊卧捎昧藘蓚€VRC系列高端處理器（雙PU＋）,正常時協(xié)同處理,故障時互為備用,PU＋使用VLL1N0NE技術(shù),無需外圍器件,故障點減少,其性能及可靠性在當(dāng)今工控單片機領(lǐng)域均處于高端水平:同時數(shù)字硬件脈沖分配器采用單片高速大規(guī)模數(shù)字電路,一片集成上萬個門,因此壽命長、可靠性高、處理能力強、處理速度快,能在實現(xiàn)各種調(diào)節(jié)模式的同時完成對電動機及勵磁裝置的保護功能?？刂茊卧捎萌X機箱,背插式結(jié)構(gòu),硬件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化,檢修更換極為方便。勵磁控制單元配備大屏幕液晶顯示,全中文菜單,系統(tǒng)所有參數(shù)的設(shè)定都可通過它來完成,操作簡便直觀,能很好地實現(xiàn)人機對話。

（4）勵磁裝置保護功能全面,對系統(tǒng)電源失壓、無勵、低勵、過勵、早投、過熱、轉(zhuǎn)子接地、缺相、短路等故障均有可靠保護。

2.4WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置的安裝

拆除原用的勵磁裝置,把新勵磁裝置安裝在原勵磁裝置的位置上,電纜和整流變壓器仍使用原來的。

（1）安裝前檢查:檢查經(jīng)長途運輸后的包裝有無嚴(yán)重的外部損傷:開箱后核對裝箱物體的品種和數(shù)量是否與裝箱清單相符合:檢查設(shè)備的外觀應(yīng)無嚴(yán)重傷痕,內(nèi)部應(yīng)無電氣和機械損傷:如有損壞需更換元器件,應(yīng)按電氣元件表所列規(guī)格、參數(shù)選配:檢查接線等有無松動:檢查同步電動機銘牌所標(biāo)勵磁電壓、電流數(shù)值不得大于本設(shè)備額定值:用電橋測量同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁繞組直流電阻值,核對放電電阻CFD1、CFD2,其阻值的和應(yīng)為轉(zhuǎn)子繞組值的6～10倍:檢查本設(shè)備主電路,控制電路對地絕緣應(yīng)良好。

（2）安裝:勵磁裝置安裝于電纜溝槽鋼支架上并須可靠接地,接地電阻應(yīng)小于4Q。前后空間應(yīng)保證前后門開度并留有足夠的操作空間:柜體與地面垂直,傾斜度不大于5o,柜體與支架之間用安裝螺釘緊固。勵磁變壓器安裝在柜外,方便散熱。

2.5WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置的參數(shù)設(shè)置

本裝置出廠時按型號規(guī)格已進行參數(shù)整定,在現(xiàn)場使用時下列幾個參數(shù)須根據(jù)電機實際情況復(fù)核或重新整定:（1）滅磁回路晶閘管導(dǎo)通開放電壓值。（2）最大、最小安全勵磁電流值。（3）初始投勵磁電流給定值。（4）后備投全壓及后備投勵延時時間和早投保護時間。（5）調(diào)節(jié)模式及給定值。（6）PT變比、UT變比。

2.6WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置的試車

（1）將"調(diào)定/零位/允許"轉(zhuǎn)換開關(guān)撥回零位,停電,去掉假負(fù)載:接上轉(zhuǎn)子,確定轉(zhuǎn)子接線正常后再送電。

（2）確認(rèn)"調(diào)定/零位/允許"轉(zhuǎn)換開關(guān)在允許位,短接開車信號輔助接點（102、104）,風(fēng)機運行:裝置將按指定的調(diào)節(jié)模式和給定值自動進入空試,輸出勵磁。觀察各量是否正常,正常后,斷開短接點,空試自動結(jié)束。

（3）斷開同步電動機定子側(cè)隔離開關(guān),將轉(zhuǎn)換開關(guān)放到"允許"位置,現(xiàn)場操作,空投合閘,進行聯(lián)鎖及模擬故障試驗。

（4）聯(lián)鎖及模擬故障試驗無異?，F(xiàn)象后,啟動電機,投入運行。

2.7WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置的運用情況

（1）改造后,新勵磁裝置運行穩(wěn)定,能自動跟蹤電機的運行負(fù)荷調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率因數(shù),在0.5～1范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),有效改善了電網(wǎng)質(zhì)量。（2）改造后,由于勵磁控制單元雙PU＋同時運行,正常時協(xié)同處理,故障時互為備用,且可在不停機的情況下更換損壞的控制單元,保證了壓縮機的連續(xù)運行,提高了設(shè)備的運轉(zhuǎn)率。

3結(jié)語

到目前為止,WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置運行正常。氮氫氣壓縮機是合成氨生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一,若氮氫氣壓縮機啟動時出現(xiàn)故障或運行中跳停,將影響整個裝置的運行狀況。通過本次改造,消除了運行過程中出現(xiàn)滅磁引發(fā)事故的重大安全隱患,解決了在氮氫氣壓縮機加、減負(fù)荷的過程中需要電工隨時跟蹤調(diào)節(jié)功率因數(shù)的問題,保證了生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定和長周期運行。因此,WBL30系列微機控制同步電動機勵磁裝置在我廠同步電動機中的運用是成功的。