國臣DC-BANK半導體行業(yè)變頻抗晃電解決方案

DC－BANK系統(tǒng)
技術方案

目 錄
一、變頻器正常使用時存在的問題
二、技術關鍵:
三、系統(tǒng)組成
1、DC-BANK系統(tǒng)組成
2、直流電源子系統(tǒng)的原理
3、直流電源子系統(tǒng)主要設備
4、控制系統(tǒng)(SIS)
4.1 抗晃電專用監(jiān)測單元
4．2 AB LOGIX順序控制器
4．3 執(zhí)行單元－ABB直流斷路器和直流接觸器
四、現(xiàn)場環(huán)境及系統(tǒng)配置
1、現(xiàn)有的設備
2、設備邏輯控制圖
3、主要配置
4、設備功能要求
5、人機界面監(jiān)控案例
6、上位機監(jiān)控案例
四、技術服務
1、技術資料
2安裝調(diào)試
（1）、安裝指導
（2）、設計聯(lián)絡
（3）、設備安裝調(diào)試
（4）服務計劃
（5）培訓
（6）質(zhì)量保修承諾：
五、該項目實施的最終結(jié)果

一、變頻器正常使用時存在的問題
隨著電力電子技術的發(fā)展,變頻器以其調(diào)速精確、使用簡單、保護功能齊全等優(yōu)點逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的調(diào)速控制裝置而得到廣泛應用;但由于國內(nèi)某些工廠的電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，導致變頻器在使用中產(chǎn)生了新的問題—變頻器低壓跳閘。低電壓通常都是短時的,對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)影響較小，而對變頻器則會產(chǎn)生低壓跳閘導致電機停止，影響生產(chǎn)。
解決該問題的關鍵就是如何使變頻器在瞬時低電壓時還能正常工作。我們根據(jù)業(yè)主的實際情況，采用直流支撐技術即DC－BANK系統(tǒng)(在變頻器直流側(cè)加不間斷直流電源提高變頻器的低電壓跨越能力)來解決目前工廠存在的問題。
二、技術關鍵:
變頻器是由整流器和逆變器兩部分組成。通過對變頻器的研究，變頻器低電壓指其中間直流回路低電壓(即逆變器輸入電壓過低)。一般的變頻器都具有過壓、失壓和瞬間停電的保護功能。變頻器的逆變器件為GTR時，一旦失壓或停電，控制電路將停止向驅(qū)動電路輸出信號，使驅(qū)動電路和GTR全部停止工作，電動機將處于自由制動狀態(tài)。逆變器件為IGBT時，在失壓或停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個短時間td，若失壓或停電時間to＜td，變頻器將平穩(wěn)過度運行；若失壓或停電時間to＞td ，變頻器自我保護停止運行。一般td都在15～25ms,只要電源“晃電”較為強烈，to都在幾秒鐘以上，變頻器自我保護停止運行，使電動機停止運行。
三、系統(tǒng)組成
1、DC-BANK系統(tǒng)組成
1、直流電源子系統(tǒng)
2、控制系統(tǒng)
3、主站監(jiān)控軟件

2、直流電源子系統(tǒng)的原理
1)、單臺電機工作原理圖：（圖略）
系統(tǒng)由電池組、充電器、監(jiān)測單元和SIS執(zhí)行單元等組成
針對現(xiàn)場的實際情況,我們決定采用多臺電機工作模式
2）、多臺電機的工作模式圖
多臺電機工作模式：
M1，M2，M3同時設計于同一控制系統(tǒng)中為低壓電機群的工作模式；
3、直流電源子系統(tǒng)主要設備
Ø蓄電池組
蓄電池采用免維護閥控式全密封鉛酸電池。
Ø充電器
充電器的功率逆變管采用進口快速IGBT，其余元件采用進口工業(yè)等級器件，生產(chǎn)工藝嚴格完整，保證機器的可靠性和穩(wěn)定性。輸出電壓和電流均可連續(xù)調(diào)節(jié)。具有強大的保護功能(輸入過流、過壓、欠壓保護；輸出短路，過流，過壓保護；整機過熱保護)。模塊內(nèi)取消了所有電位器，基準校正和控制全部采用12位D/A轉(zhuǎn)換，精度高，參數(shù)性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便。
充電模塊采用可帶點插拔技術，輸出采用隔離設計。模塊工作頻率高，近300KHZ，體積小，抗干擾能力強。內(nèi)置E2ROM，通過人機界面設置的參數(shù)自動保存到充電模塊，掉電不丟數(shù)據(jù)。
ØSIS執(zhí)行單元
執(zhí)行單元由斷路器和接觸器冗余組成，控制關系為斷路器鎖定接觸器，能準確地執(zhí)行直流電源子系統(tǒng)的投入撤出轉(zhuǎn)換。
Ø監(jiān)測單元
用監(jiān)測單元和人機操作界面組成監(jiān)控系統(tǒng)，具有充電模塊輸出電壓設定,充電電流限值設定,運行參數(shù)顯示,故障報警存儲，SOE事件記錄以及蓄電池狀態(tài)監(jiān)測和直流回路狀態(tài)監(jiān)測，并可通過485總線和主站通訊。

4、控制系統(tǒng)(SIS)
SIS是DC-BANK的主控系統(tǒng)，是變頻器的聯(lián)鎖控制部分。負責監(jiān)測各種交直流電源信號、保護動作信號，控制抗晃電系統(tǒng)的備份、投運和退出過程。每一回路都由檢測、控制和執(zhí)行單元三部分組成。采用工業(yè)級三相異步電機保護模塊MDS-1做檢測單元，保證系統(tǒng)的可用度。采用通過美國 AB LOGIX順序控制器做為主控制單元。
采用ABB S2斷路器和直流接觸器做單一直流回路的冗余執(zhí)行單元保證系統(tǒng)的可靠性。
4.1 抗晃電專用監(jiān)測單元
4．1．1功能特點
三表法測量準確測量三相交流電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)、零序電流等電參量，可以測量變頻器輸出。
具有3路獨立的開關量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警
6路開關量輸入，同時可以作為脈沖量輸入
2路直流采樣,可以接各種變送器
兩路通信接口，支持MODBUS規(guī)約
FFT算法，可計算1－8次諧波
三相異步電動機的反時限過負荷（熱過載）保護、不平衡（負序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉(zhuǎn)保護、接地（零序過流）保護、欠電壓保護、過電壓保護
三相電動機轉(zhuǎn)子斷條、軸承損壞、絕緣監(jiān)測等故障診斷功能
4．1．2 交流輸入
交流輸入包括A、B、C三相電壓和電流。電流是直接把線穿入小型電流互感器的圓孔。電壓則采用6個各端子。分別為UA,UA1；UB,UB1；UC,UC1；其中UA,UA1為A相輸入；UB,UB1為B相輸入；UC,UC1為C相輸入。每相間相互獨立。
這樣設計的目的是為了用戶可以選擇不同的安裝方式和測量方法。如果用戶選擇角型接法則 UA---UC1 接A相 UB---UA1 接 B相 UC---UB1 接C相。如果用戶選擇星型接法則UA1---UB1—UC1接N線。每路可以進行單獨測量，用戶還可以根據(jù)需要選擇。
輸入的交流電壓信號通過小型的PT（電壓互感器），變換為交流0.5V的信號，經(jīng)過濾波處理，濾除干擾信號，然后進行電平平移，使得原來的交流信號，疊加1/2的VREF，直接送到A/D轉(zhuǎn)換，進行采樣。
輸入的電流信號，通過導線穿入小CT（電流互感器），CT的輸出接一個精密電阻，變換成電壓信號，經(jīng)過濾波處理，濾除干擾信號，然后進行電平平移，使得原來的交流信號，疊加1/2的VREF，直接送到A/D轉(zhuǎn)換，進行采樣。
采樣好的信號存入單片機的RAM中供軟件處理。在軟件中，我們每個周波采樣16個點，根據(jù)采樣定理，可以計算出輸入信號的8次諧波。但是在應用中對奇次諧波更為關心。在數(shù)字信號處理中，由于電網(wǎng)的頻率是在變化的，如果采樣頻率不是電網(wǎng)頻率的整數(shù)倍，就會有所謂的頻譜泄漏問題，詳細內(nèi)容請參考有關書籍。在該問題上我們采用了我們的提出軟件跟蹤算法，效果非常優(yōu)異。
對于6路輸入信號，進行FFT變換，得出各次諧波的幅值和相角，并且計算零序電流和負序電流。計算的方法和FFT變換請參考有關數(shù)字信號處理的書籍。
計算的結(jié)果存入RAM中，供通信程序、保護程序等其他程序使用。
4．1．3欠電壓或過電壓保護
系統(tǒng)電壓太低會引起電動機過電流甚至堵轉(zhuǎn)，燒毀電機。有時為了保證重要電動機的自啟動，有時也使用欠電壓保護。
系統(tǒng)過電壓一般對電動機沒有太多的影響，但是如果過壓范圍過大，會導致電動機的勵磁電流急劇增加，而且有大量的三次諧波。在一些特殊的場合，會使用過電壓保護。
定值包括3項內(nèi)容：動作的繼電器、過電壓或欠電壓定值、過電壓或欠電壓的整定時間。整定時間的單位為0.1S，電壓的單位為V，最小分辨率為0.1V。

本系統(tǒng)的設計為保護動作信號在整定時間到達時，送給SIS的中央控制單元處理，操作執(zhí)行單元，控制各直流回路的備份、投運和退出。
4．1．4 MDS-104的軟件設置（圖略）
4．2 AB LOGIX順序控制器
MicroLogix1200是處理器、電源、嵌入式輸入輸出點的集成。它具有24點和40點兩種規(guī)格，可滿足許多應用場合。
MicroLogix1200采用模塊化，無機架結(jié)構(gòu)，可降低成本，減少備件。I/O擴展模塊提供了更大的應用靈活性。
存儲器模塊可用于用戶程序的上載、下載和傳送。實時時鐘RTC可用于定時控制等。
操作系統(tǒng)可閃速升級，無需更換硬件。用戶可通過Web網(wǎng)絡下載控制器的最新的固件程序，來升級控制器。
MicroLogix1200還使用編程軟件RSLogix500和通用的指令集，與MicroLogix1000、MicroLogix1500以及SLC系列控制器兼容。
特性：
·通過Micro Logix 1200擴展模塊來擴展高性能I/O，每個Micro Logix 1200 可 最多擴展6個模塊（決定于電源估算）。
·高級的通信選擇，從對等通信到SCADA/RTU網(wǎng)絡。
·6K用戶存儲器（4K程序、2K數(shù)據(jù)）。
·數(shù)據(jù)文件下載保護，可存儲關鍵的用戶數(shù)據(jù)，防止出錯。
·實時時鐘和存儲器模塊。
·32位帶符號的整數(shù)的數(shù)學運算。
·內(nèi)置PID功能。
·20K高速計數(shù)器，具有8種工作模式，當計數(shù)器技術達到預置的上限或下限時，可控制高速計數(shù)器的輸出。
·高速處理時，有4路中斷輸入。
·4路鎖存輸入，在程序普通掃描時，可捕獲毫秒脈沖的輸入。
·控制器內(nèi)置2個模擬量微調(diào)電位器，轉(zhuǎn)3/4圈可在0-250之間調(diào)節(jié)。
·對于40點的控制器，其端子塊是可拆卸的，允許用戶預先接好線，節(jié)省安裝時間。
·可拆卸的I/O標簽，可寫字記錄現(xiàn)場設備的號碼，以便減少系統(tǒng)的維護和維修時間。
·防手指接觸的接線端子塊，符合全球安全標準。
4．3 執(zhí)行單元－ABB直流斷路器和直流接觸器
根據(jù)各回路容量配置不同型號，冗余執(zhí)行單元保障線路分斷能力。

SOMAX S的基本的用途和特點：
ISOMAX S系列塑殼斷路器性能優(yōu)異，外形結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強、使用方法簡便，設計簡單、合理、而且質(zhì)量可靠。此新型斷路器更配有一個改進的分斷系統(tǒng)，獲多項工業(yè)專利。
特別值得注意的是用于制造ISOMAX S系列塑殼斷路器的材料，是按現(xiàn)代環(huán)保要求可回用的，ISOMAX S系列塑殼斷路器更以其優(yōu)異質(zhì)量及引入注目的設計獲得了歐洲最佳工業(yè)設計獎。
采用ISOMAX S系列塑殼斷路器是電力生產(chǎn)和配電系統(tǒng)的理想方案，它能確保所有電力用戶的安全性和可靠性，它特別適用于需保護和配合自動化控制的設備，ISOMAX S系列產(chǎn)品能最大范圍地滿足額定電流和故障電流的要求，并能達到與下級殼斷路器的極限分斷容量選擇保護的要求。
由于本系列產(chǎn)品的通用性和匹配性強，它能配置在任何配電設備中：
一次配電（功力中心）
電動機控制（MCC）
二次配電（配電盤）
用戶（DIN安裝導軌的配電柜）
ISOMAX S系列塑殼斷路器包括七種基本規(guī)格的產(chǎn)品（S1-S7），從10A到1600A額定不間斷電流和高達100KA 額定極限短路斷容量，各種規(guī)格均具有下列額定分斷容量等級：
B-基本分斷容量
N-正常分斷容量
S-標準分斷容量
H-高分斷容量
L-限流型
四、現(xiàn)場環(huán)境及系統(tǒng)配置
1、現(xiàn)有的設備
業(yè)主提供的現(xiàn)場條件：
變頻器21臺，其中8臺110kw，10臺75kw，3臺55kw。
業(yè)主需提供的條件：
一路380V/60A 3P+N+PE電源.
被保護變頻器的狀態(tài)干節(jié)點信號
被保護變頻器二次接線圖。
有關的工程設計條件。包括被保護變頻器盤內(nèi)布置圖。
2、設備邏輯控制圖（圖略）

1． 變頻器啟動；停止控制邏輯
根據(jù)變頻器的原理，變頻器在交流供電或直流供電正常情況下在接受到啟動接點指令后，即可投入運行。在變頻器正常運行后有一反映變頻器運行狀態(tài)的接點信號閉合。變頻器運行調(diào)速指令由DCS 或PLC 送來的4－20mA 模擬信號實現(xiàn)。
2．直流支撐系統(tǒng)與變頻器的邏輯配合
該系統(tǒng)的控制邏輯
a.控制單元輸入信號：變頻器運行狀態(tài)接點信號，母線電壓監(jiān)測信號。
b.母線電壓正常條件下直流支撐系統(tǒng)投入過程
變頻器電源端送入正常電壓，變頻器受電，內(nèi)部CPU 準備運行；控制設備，DCS 或PLC 或控制繼電器送來啟動運行指令。電機按模擬控制4－20mA 電流決定變頻器拖動電機的運行轉(zhuǎn)速；等到系統(tǒng)正常運行后變頻器狀態(tài)接點閉合。
c.直流支撐系統(tǒng)控制單元接受到變頻器運行狀態(tài)指令后，向執(zhí)行單元發(fā)出合閘指令，如果該回路的空開QF 合閘，這時該回路在熱備份狀態(tài)。本次操作結(jié)束。
d. 變頻器電源失電， 控制單元給執(zhí)行單元一個運行信號,直流支撐系統(tǒng)給變頻器直流母線供電，此過程變頻器運行不間斷。
e. 變頻器電源供電恢復時其直流環(huán)節(jié)的電壓應立刻上升；執(zhí)行單元撤出對變頻器的供電,變頻器轉(zhuǎn)為電源供電。
f. 母線電壓未恢復直流支撐系統(tǒng)給變頻器供電5分鐘。5分鐘后直流支撐系統(tǒng)撤出對變頻器的供電。
3． 系統(tǒng)安全性
1）直流支撐系統(tǒng)與變頻器組成的電機不停電系統(tǒng)具有可靠的系統(tǒng)安全性。該供電系統(tǒng)與變頻器是分布式結(jié)構(gòu)，該供電系統(tǒng)應用后完全不影響原有變頻器的使用方式及性能，在母線電壓正常時該系統(tǒng)僅作為后備電源。這時候直流支撐系統(tǒng)的退出，投入不會對原變頻器產(chǎn)生任何影響。
2）該系統(tǒng)與變頻器之間有十分可靠的隔離保護設計，當一臺變頻器出現(xiàn)故障，不會影響其它變頻器正常運行。
3）在檢測維修時，每回路直流支撐系統(tǒng)均可單獨與母線分離，以便于維修。
4）HMI上備有保護變頻器母線電壓晃電、失電、充電壓實時紀錄，
運行工程師可在事后在HMI 上查詢紀錄精度在秒。
5）根據(jù)業(yè)主的需要設備可以實現(xiàn)四遙功能。
3、主要配置
設備組成(6套)
1）、設備基本參數(shù):
—蓄電池的輸出功率分分別為350KW、390KW、260KW、275KW、260KW、260KW。
—電池放電時間：每套均為5分鐘。
2）、設備基本組成及柜體安排
詳見報價單內(nèi)配置
柜體具體安排：
—電池整流器柜：高頻充電器、含有HMI屏的系統(tǒng)測控，AC/DC 24V、 DC/DC 24V構(gòu)成冗余的控制電源系統(tǒng)變壓器，電池、整流器的安全監(jiān)測單元等。
—直流柜有多條直流支撐回路，每一條支撐回路中，含有直流接觸器、直流熔斷器、直流隔離模塊，控制檢測器等。
4、設備功能要求
1） 當變頻器交流進線電源故障（失壓或短時停電）時，變頻器在該系統(tǒng)保護下，在設計時間內(nèi)連續(xù)正常運轉(zhuǎn)。
2） 直流支撐系統(tǒng)在線工作，變頻器供電電源由交流三相380V轉(zhuǎn)至直流530V供電時無間斷。
3） 電池組的備用時間根據(jù)設計，不少于15分鐘。
4） 在電池組放電過程中,若三相電源恢復正常,則變頻器供電自動切換至三相380V交流電源。
5） 進線電源停電超過5分鐘，應自動切斷對變頻器的供電，變頻器停止工作。
6） 具備系統(tǒng)自診斷及故障顯示功能。
7） 為延長蓄電池的使用壽命,充電系統(tǒng)具備“均充”與“浮充”功能，且能自動轉(zhuǎn)換。均充電壓應達到560V，浮充電壓應達到530V(HMI可調(diào))。在正常操作期間，電池應處于浮充狀態(tài)。
8） 電池組具備以下功能：
定時均充：即在每隔1-3個月（HMI可設定）自動均充一次。
欠壓均充：即電池放電至欠壓時，自動進行均充（交流正常時）

9） 具備各種工作狀態(tài)指示燈。

10） 上位機對所有參數(shù)進行監(jiān)控，記錄參數(shù)變化的趨勢，報警提示。

5、人機界面監(jiān)控案例
1.主界面
2.電池電壓監(jiān)測
3.絕緣監(jiān)測
4.參數(shù)設定界面
5.充電柜監(jiān)測
6.東側(cè)饋線柜監(jiān)測
7.西側(cè)饋線柜監(jiān)測
8.交流輸入監(jiān)測
9.直流輸出監(jiān)測
10.其他參數(shù)監(jiān)測


四、技術服務
1、技術資料
－ 我公司將提供設備安裝所需資料，如機柜尺寸，底部開口尺寸，安裝螺釘位置，設備重量等。
－我公司負責總體設計。當設計結(jié)束時，向業(yè)主提供打印的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電氣圖紙
－提供系統(tǒng)測試報告。
2安裝調(diào)試
（1）、安裝指導
－系統(tǒng)安裝前，提供設備總圖安裝圖紙及要求、接線圖、調(diào)試計劃。
－系統(tǒng)安裝時，提供安裝指導。
－系統(tǒng)啟動前，項目經(jīng)理審核業(yè)主提交的系統(tǒng)啟動準備工作完成表，確認啟動準備就緒，派工程師到現(xiàn)場。
1）、安裝要求
a、設備安裝時要充分考慮安裝位置，包括柜外、柜間接線。
b、業(yè)主要負責現(xiàn)場作業(yè)協(xié)調(diào)組織工作，并為現(xiàn)場工程人員工作提供方便。
c、對業(yè)主提供的現(xiàn)場條件，在安裝二周前進行實地考察協(xié)調(diào)并與業(yè)主共同制定工程計劃。
2)、安裝環(huán)境要求：
使用場所：戶內(nèi)
使用環(huán)境：無爆炸性氣體及粉塵
環(huán)境溫度：-10℃ — +50℃；電池室5℃--30℃
相對濕度：90%未結(jié)露
海拔高度：1000米以下
3)、安裝標準及規(guī)范：
GB17478-1998 低壓直流電源設備的輸出性能特性和安全要求
JB/T8948-1999 電控設備用低壓直流電源
B4208-1993 外殼保護等級（IP代碼）
GB4026-1992 設備接線端子和規(guī)定電線端鑒別標志以及、文字和數(shù)字系統(tǒng)一般應用原則
GB50150-91 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗
GB50168-92 電氣裝置安裝工程電氣電纜線路施工及驗收
GB50172-92 電氣裝置安裝工程蓄電池施工及驗收規(guī)范
GB50254-92 電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收
GB50171-92 電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路結(jié)線施工及驗收規(guī)范
（2）、設計聯(lián)絡
有關設計聯(lián)絡的計劃、時間、地點和內(nèi)容要求在執(zhí)行時再商定。
（3）、設備安裝調(diào)試
－調(diào)試所需工具調(diào)試工程師自帶，若需業(yè)主提供的工具，儀器儀表，提前1周與業(yè)主聯(lián)系。
（4）培訓
現(xiàn)場調(diào)試工程師將對用戶進行1-2天的針對操作員，設備維護人員的培訓。
培訓包括以下內(nèi)容：
* 運行原理
* 操作注意事項
* 操作界面的使用
* 預防性維護程序
* 故障分析與解決
（5）質(zhì)量保修承諾：
我公司承諾產(chǎn)品保修工作期為一年，在保修期間，24小時內(nèi)給予滿意答復，出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，48小時內(nèi)派出維護人員，免費更換損壞的元器件。保修期外72小時內(nèi)派出維護人員。
五、該項目實施的最終結(jié)果
在電機規(guī)定的負荷下做2次斷電試驗，間隔24小時，支持時間均應為2分鐘。
在變頻器工作正常的情況下，切斷三相交流輸入電源，系統(tǒng)自動切換成直流供電，保證受保護的變頻器及電機不間斷運行在電廠要求的時間內(nèi)。其中，變頻器顯示的頻率保持恒定，沒有任何變化。然后送上三相交流電源，受保護的變頻器及電機繼續(xù)運行于交流電源工作狀態(tài)，充電器給蓄電池充電，完成一次電源失電切換過程。觸摸屏顯示并記錄停電及恢復供電的時刻。