汽轮机盘车电机转速控制回路的改进

汽轮机盘车电机转速控制回路的改进 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:1672-3643{2006)zk-0143-03 1前言 Improvementonthecontrolloopforturbinejiggermotorrotationspeed ZHAORong,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 针对上述问题,在工作中也采取了一些,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l 032n 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,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FR—A50o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. FR—A500变频器逆变主回路采用"交一直一交"方式,即 利用整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. FR—A500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15s~20s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. 4.4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)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.