汽轮机盘车电机转速控制回路的改进.doc

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1、汽轮机盘车电机转速控制回路的改进宁夏电力20o6年增刊汽轮机盘车电机转速控制回路的改进赵蓉,李存志(宁夏大坝发电有限责任公司,青铜峡市751607)摘要:汽轮机盘车装置在汽轮机启动,停机过程中发挥着重要作用.对原控制回路暴露出的问题进行分析和改进,很好地解决传统控制方式存在的诸多问题,减小了盘车电机的起动电流,获得了所需启动转矩.对提高系统的稳定性和自动化水平,具有较强的适应性.关键词:盘车;转速控制;变频器中图分类号:TK263文献标识码:B文章编号:1672-36432006)zk-0143-031前言Improvementonthecontrolloopforturbinejiggerm

2、otorrotationspeedZHAORong,LICun-zhi(NingxiaDabaGenerationCo.,Ltd.,Qingtongxia751607,China)宁夏大坝发电厂I期.1,机汽机盘车装置采用有螺旋轴的电动盘车装置.该盘车装置是由电动机带动蜗杆转动,固定在螺旋轴上的蜗轮与蜗杆啮合使旋转轴减速转动.旋转轴再通过一对传动正齿轮(主动齿轮与靠背轮上套装之齿轮,以18r/min的速度盘动转子),主动齿轮与螺旋轴上的螺旋槽啮合,并由手柄头控制可沿螺旋轴轴向转动.2存在的问题盘车电机原控制原理如图1所示.其原理为:无论在手动方式还是自动方式,只要起动盘车电机的四个条件(顶轴油

3、泵投入,油压正常,盘车装置行程开关位置正确,热继电器正常)同时满足,按下启动按钮或联锁开关投人,接触器C励磁,其主触头闭合,电机即可起动.经过十几年的运行实践,这种采用传统的继电器一接触器控制方式控制,随着设备运行时间的延长,暴露出许多问题,主要有:元件多,接线复杂;元件的接点受环境影响大,造成可靠性差,经常出现盘车电机偷跳或拒投A图l现象;直接启动,起动电流较大,易烧坏电机;运行,维护不方便,为了减小起动转矩,投盘车时,需先手动盘车,再电动盘车.3改进的技术方案针对上述问题,在工作中也采取了一些措施,但效果不是很明显.经过多次调研,论证,提出了利用变频器一可编程控制器组合来控制盘车电机的改造

4、思想.3.1变频调速原理异步电动机转速公式为:tl=:6吼l)/p收稿日期:2006-03-20作者简介:赵蓉(1972一),女,工程师,从事火电机组经济运行生产指标分析,统计工作.?143?宁夏电力)2006年增刊汽轮机盘车电机转速控制回路的改进式中:n一电动机转速;一电源频率;P一电机磁极对数;s一电机转差率.由公式1可知,异步电动机的调速方法大致可分为:改变转差率8,极对数,频率三种方法.本应采用第三种方法,即改变电机定子的频率进行调速.当改变电源的频率fI时,同步转速与频率成正比变化,于是异步电机的转速n也随之改变.所以,改变电源频率时,可以平滑地调节异步电机的转速.变频调速时,为了使

5、激磁电流和功率因数基本不变,希望保持气隙磁通不变.如果巾比正常运行时大,将引起磁路饱和而使激磁电流增加,功率因数降低.如果磁通减小,将使电机的有效材料不能得到充分利用而造成浪费.从定子的电势方程式可见,如果忽略定子的漏阻抗压降I.?I.,则有一El=4.44fiwik.,(2)式中:日一电势;一电源频率;f一匝数;一绕组常数;一最大磁通.为在变频调速时保持0不变,应使电压与频率成比例变化.此外,为了使调频前,后电机具有同样的过载能力,即l(,l(,则定子电压就应根据下列规律来调节:鲁=争V争(3)式中:和一频率等于,的定子电压和额定转矩;和一频率等于时的定子电压和额定转矩.3.1.1变频调速时

6、的机械特性异步电动机的转矩是个多变量函数,在调速过程中它随多个因素的变化而变化.图2为异步电动机稳态时的转矩转速特性以及负载转矩特性.图2中曲线表示当定子频率-k.时,异步电动机的转矩转速特性.当转差率s=0时,转矩T.-O;在小转差率范围内,转差率增大时转子电流增大,因而转矩随转差率的增大而近似线性增大.但当转差率增大到一定数值后,一方面转子电流I的增大有使转矩增加的趋势,另一方面转差率8增大,c0s减小,又有使转矩减小的趋势.因而异步电动机的转矩转速特性有一个最大值.最大转矩Tm称为临界转矩或颠覆转矩,因为电动机的负载超过此值后,转速迅速下降直至停机.对应的L,的频率称为颠覆频率,图2中虚

7、线所示的曲线为负载转矩特性.曲线I和曲线的交点1即为k.时的稳定工作点.如果变频调速系统为以频率为对象的开环系统,则当提高定子频率时,由于机械惯性的原因,转子旋转频率几乎?】44?I颠覆转矩T鼍反转反矩(逆转减速)反接制动l032n垂反转反矩=K3<Kl图2异步电动机的机械特性不变,而转差率和转差频率均将增大,进而使转矩增大.当定子频率由=k.提高到k:时,电机所产生的转矩将由点1增到点2,于是电动机加速,最后达到新的稳定点2.同样,当定子频率降低时,k.降到k3时,电动机所产生的转矩由点1变到点3,并出现电机的轴转速高于同步转速的情况,这时转差率为负值,电机产生制动转矩,在制动过程中,

8、电动机逐渐减速,最后稳定在某一较低速度的工作点3上.由图2可知,在转差率不加控制的频率开环系统中,定子频率的调节不能过陕,否则将超过颠覆点造成停机.在变频调速系统中,以低频启动时可以提高启动时转子的功率因数,进而增大启动转矩,无论负载轻重,一般启动电流不可超过额定电流的两倍左右.3.1.2变频调速的控制原理变频调速控制常用的有恒压频比,恒磁通,恒功率三种方式.(1)恒压频比控制方式即保持U=常值的比例控制方式.(2)恒磁通控制方式是保持L,等于常数的控制方式由于恒压比控制方式下,在低频时由于定子电阻Ilf的压降占的比重增加,即使在转差频率Fl.很小的情况下,也无法使电机的最大转矩保持恒定.Tm

9、要随频率的下降而减小,在低频时启动转矩也减小,甚至不能带动负载,所以恒磁通控制方式按:Es,F8=常数,进行控制,E8为定子感应电势.(3)恒功率控制方式中盘车电机调速属于恒磁通控制方式,即恒转矩调速的负载,调速前后的电压比等于调速前后的频率比.在恒转矩调速时,T,可得以下:U|l/u,-f,学ll或Ul/fl1=Ul7fl值(4,)在恒功率调速时,?f.=?fl,即,TN=fCf.变频器调速的同时,给电动机的起动创造了条件,解决了起动电流过大的问题.衡量电动机起动性能的参数主要有:起动电流和起动转矩.为了使电机正常起动,要求电机具有足够大的起动转矩,但又不希望起动电流过大;起动转矩小,电机带

10、有负荷就转不起来,而起动电流会引起电网电压下降,影响同一电宁夏电力2006年增刊汽轮机盘车电机转速控制回路的改进图3异步电动机变频调速控制特性网其它电机或用电设备的正常运行;起动电流过大,也能使电机本身受到过大的电磁力冲击,如果经常起动或起动时间过长.还能引起绕组过热等.因此,电动机起动总希望在起动电流小的情况下,能得到较大的起动转矩.由电机学知识可知:起动电流与定子电压成正比,起动转矩与定子电压的平方成正比,与频率成反比,可见,改变定子电压,电源频率都可改变起动电流和起动转矩3.2可编程控制器PLC可编程控制器(ProgrammableControllers)(以下称PLC)是一种新型工业通

11、用控制器,是将逻辑运算,顺序控制,时序计数以及算术运算等控制程序,用一串指令形式存放到存储器中,然后根据存储器的控制内容,经过模拟,数字等输入输出部件,对生产设备与生产过程进行控制的装置.通俗地说,PLC可看作由继电器,定时器等构成的控制器.PLC不仅可以有效地取代传统继电器控制系统和其他类型的顷序控制器,而且也有利于控制系统的标准化,通用化,柔性化,缩短控制系统的设计,安装,调试周期,降低生产费用.4实施措施及应用本系统选用的变频器为Et本三菱FRA50o变频器.主回路工作方式和输出电压,频率调节方式构成了变频器的基本工作原理,见图4.FRA500变频器逆变主回路采用交一直一交方式,即利用整

12、流桥将工频交流电压变为直流电压,中间回路的直流经电容滤波后,由逆变桥将它变换为频率可调的交流电压,电流.FRA500变频器采用PWM方式来调节输出电压和频率.所谓P硎(PulseWidthModulation)就是脉冲宽度调制,由交一直一交方式中间环节得到的直流Ud为恒值,通过控制逆变器输出电压的导通脉冲的频率和宽度来同时改变输出频率和电压.本系统是由控制一次回路的变频器和控制二次回路的可编程控制器组成的.系统结构如图5所示:在电气一次回路中,三相电源经自动空气开关,接至变频器的电源输入端(R,S,T),经变频器变频输出(u,V,W),最后接至电动机定子三相绕组端子;在电气二次回路中,将起动盘

13、车电机的信号接点(顶轴油泵接点,油压接点,转轴装置,合跳闸按钮接点)一对一接至可编程控制器的输入异步速度检出运转指针(控制回路部分)(控制回路B)图4异步电动机调速运转结构721-顶轴油泵投入闭合,zI2一油压低于负控制断开;FA一负位按钮图5端,经用户程序处理后,经输出端将信号送往变频器起动回路或它处.此外,根据现场的实际情况,还在二次回路中进行了一些处理.旨在于提高二次回路的可靠性.由变频器,可编程控制器组成的盘车电机控制系统具有以下几个特点:(1)优化了电机控制,提高了可靠性,实现了电机的软起动;(2)对所有输入,输出信号实现了监视功能,为运行和检修提供了便利;(3)对分析故障原因提供了

14、强有力的依据;(4)系统体积小,布线简单,但成本相对较高;(5)控制与管理功能一体化;(6)具有较好的扩充性.5结束语由变频器可编程控制器控制的盘车电机在改进后的一段时间内.汽轮发电机组启,停过程中未出现任何异常和故障(控制回路本身的故障),确保了机组安全启机和停机.本系统可以很好地解决传统控制方式存在的诸多问题,减小了盘车电机的起动电流,并获得了所需启动转矩,(下转第166页).145.<宁夏电力)2oo6年增刊凝结水溶氧超标的原因分析及处理措施4.1法兰漏空气凝结水系统负压管系应尽量减少法兰,接头,阀门等漏点,确保真空严密性.打压实验5min后压力缓慢下降,以见不到明显水滴为合格.进

15、行灌水打压实验检查发现,由于加工精度和安装精度低,工作位置狭小而无法彻底紧固法兰,凝结泵简体和入1:3短节之间法兰存在泄漏,共打压3次,均在15s20s内开始渗漏.4.2消气管座有砂眼凝结水系统负压管道完好,不得有砂眼,裂纹等漏点,确保真空严密性.打压实验5min后压力缓慢下降,且见不到明显水滴为合格,进行灌水打压实验检查发现,由于铸铁材质缺陷,消气管座弯头有多处砂眼泄漏共打压3次,均在15s一20,内开始渗漏,清点明显渗漏的砂眼共计47处.4.3抽气阀门故障阀门开关到位,动作灵活,密封严密,门杆处不漏空气,解体检查发现抽气门门头由于长期运行冲刷,已经脱落,不能正常开启致使消气管失去作用.4.

16、4消气管位置不合理消气管应位于水泵吸入侧的最高位置,查阅9LDTNA-4凝结泵使用说明书并电话咨询厂家,凝结泵消气管应设置在水泵入口负压管系的最高处,以便将泵内的气体全部抽出,而发电公司,.4机组凝结泵在建设安装时忽略了这点,将消气管安装在了入口管上,这样就有一部分漏入的空气始终无法抽吸出去.5技术改造方案及实施(1)针对法兰漏空气,对不影响泵体拆装的法兰进行焊接(图1),消除入口负压管系泄漏,拆卸入口滤网管道后,由管道内部进行焊接,保证了焊接质量,不影响泵组外观.(2)针对消气管座有砂眼,用环氧树脂包裹涂抹,消除泵体管座泄漏,对消气管座进行打磨抛光后,用环氧树脂涂搬待干燥后进行二次涂抹.(3

17、)针对抽气阀门故障(图2),检修抽气阀门,抽气门开关灵活,动作可靠,密封严密,更换新阀门并解体检查,对门头进行吃线检查,更换新填料.(4)针对消气管位置不合理(图3),将消气管恢复图I泵体法兰焊接图2抽气阀门图3消气管位置改造前后到原厂设计位置,将泵内的空气全部抽吸至凝汽器,将原消气管道直接连接到泵座消气管,入口管道上的孔洞封堵焊接.6结束语经过技术改造后,.4机再未发生溶氧超标现象,由原来的67.61g/L降为现在的日均5.15g/L,取得了明显的效果.治理后凝结泵再未发生过因漏空气过多而引起的出力下降和跳泵现象.彻底降低了.4机的溶氧对设备的氧腐蚀,提高了化学水处理的经济性,保证了设备和机组的安全稳定运行.(上接第145页)提高了系统的稳定性和自动化水平,有较强的适应性,可以应用到大多数设备的电机控制中去.参考文献:I黄操军,陈润恩,王桂英主编.变流技术基础及应用.中国水利?166?水电出版社,2002.I.2陆安定编着.电动机节能改造使用手册.上海科学技术出版社.1989.3崔亚军编着.可编程控制器原理及程序设计.1994.4朱东起主编.中央广播电视大学出版社,1995.