直流润滑油泵电机控制柜
一、 概述
在火电、水电等发电领域,为了保证主机(大机)和小机的安全可靠运行,除配有主机和小机交流润滑油泵外,还配有直流润滑油泵作为备用油泵,通常称为事故油泵,直流油泵由可靠的蓄电池组作为电源供电,以预防在意外断电的情况下或紧急状态中,为确保润滑系统和冷却系统的循环功能,能够迅速投入工作,以维持整个系统的正常运行和安全停机,减少因为冷却和润滑不足造成的损失,避免重大生产事故的发生。
由于直流电动机直接启动时,转速能在短时间内快速上升至额定转速,此时所需的电流大约是额定电流的6~8倍,大电流放电对备用电源的冲击也较大,会极大的缩短蓄电池组的使用寿命,并且由于启动电流过大,会将整个蓄电池组的电压拉低,过低的电压会使控制回路不能可靠工作,也容易造成直流电动机碳刷及线圈烧损,导致电机无法正常启动,一旦应急系统失灵或不能有效投入运行,将会造成汽轮机润滑油压降低到安全值以下或冷却量不足,当轴承断油和润滑不足时,转子在轴承内转动变为干摩擦,轴瓦乌金温度及回油温度急剧升高,轴瓦、轴颈很快会被烧坏,引起机组重大损坏,造成巨大的经济损失,严重时甚至造成事故。
二、分析
直流电动机最显著的特点就是:低速转矩大、启动后转速稳定,但启动电流大,最大冲击电流可达到额定电流的8~12倍,将使供电系统受到极大的冲击,电动机和辅机也易受到强烈的机械冲击。针对这点,以前各种需要直流电机作为备用动力的系统中,应用最广泛的启动方式是电枢回路串接电阻启动,该方式是在直流电动机的电枢回路中串入启动电阻,以限制启动时的电压,间接限制了启动电流,类似于交流电机的自耦降压启动。启动电阻一般是一个或三个串接的电阻,在开始启动时,电源接入电枢回路,并串入全部电阻,以降低启动电压和电流,随后在时间继电器的干预下,以固定时间逐级退出三个电阻,以此来启动直流电机。由于以前受限于直流供电系统复杂的调控技术,无法找到更好的控制方式,这种启动方式在以往生产中使用还是比较普遍的,但其暴露出的缺陷及隐患也是比较多的,归纳起来,大致有如下几项:
Ø 串接电阻启动并不能彻底解决直流电动机启动过程中冲击电流大的问题,启动过程中直流电机的启动电流仍然大于其额定电流数倍,依旧有可能因启动电流过大而引起电机的损坏或者电路跳闸,导致启动失败。
Ø 这种启动方式需由几个大容量的直流接触器和中间继电器、时间继电器组成,控制原理落后,方式复杂,环节过多,维护工作量很大,且大多不能实现远方遥控、保护信号复归。并且由于元器件较多,故障率极高,检修维护很不方便。
Ø 启动过程中,任何一级电阻不切换,即可导致直流电动机不能正常启动和运行,而且电阻发热严重,电机因电枢电压过低,转速上升慢,会导致电流过大,出现过载现象。
Ø 因为电流仍旧较大,启动过程中,使蓄电池受到电流冲击,输出电压降低,如果有任一级电阻未正常切换,则恶化蓄电池的运行工况,对电气二次回路的正常工作造成威胁,比如事故情况下部分接触器不能脱扣或非正常脱扣,使事故扩大。
Ø 电阻切换时,施加在电动机电枢绕组上的电压和电流呈阶跃上升,对电动机的冲击很大,电机容易出现转速不正常、电刷火花过大、过热或冒烟等问题。
Ø 在停泵过程中,直流电机的反电动势,通过直流接触器断开时的电弧瞬时加入直流系统,导致直流系统电压大幅波动,严重时电压波动幅度大于100V,对整个系统的正常工作造成极大威胁,如现场运行中的开关无故跳开的现象,很多便是由此引起。
Ø 无法完成较多较复杂的电气运行管理工作,如电气运行检修人员关心的参数管理、 保护整定、事故追忆等信息。
三、研发背景
随着自动化水平的不断提高,电气系统纳入计算机DCS监控(分散控制系统),实现炉、机、电一体化监控在国内各发电厂和化工厂的机组上已从试点进入了正常实施阶段,热工系统及电气系统的自动化水平,反映了整个厂区的运行管理水平,而厂用电系统的安全、经济运行对机组的运行起着至关重要的作用。作为自动控制中的弱项,应急直流油泵的集中控制一直未得到很好的解决,又因为直流备用应急电源和直流电动机无可比拟的优势,在现有的技术条件下,很难有其他装置取代这一沿用多年的事故应急系统。
为了解决和改进直流电动机电枢回路串接电阻启动的种种问题,我公司根据各种生产现场实际需要,历经数年,广泛了解、征求设计院与电厂等专家技术人员的意见,参考借鉴了国内外大量的先进设计思想和最新技术,开发研制了KL系列智能直流电机控制系统,此直流控制系统克服了以上多种弊端,电机启停采用最新的IGBT器件实现国际流行的无级、无触点控制理念,用最新的微机控制技术和电力电子技术,采用微机控制,PWM脉宽调制输出,电流线性上升下降,保证对系统无冲击;实现了该产品的高度可靠化和智能化,切实的做到了与DCS系统相匹配,并提供了热工联动和母管压力低联动开机,保证了设备长期的安全可靠运行,是集保护、测量、控制、显示、通信于一体的智能前端设备。
该产品经国内外多家电厂多年的现场运行证明,智能直流电机软启动控制系统具有精度高、体积小、重量轻、效率高、输出纹波、谐波失真小、防护措施齐全、可靠性高及自动化程度高的特点,投入运行响应迅速,并能在运行中可靠、直观地监测直流电机运行的各种关键数据。可以根据各种电机规格型号的不同,自由设置运行参数、限制启动电流和规定启动时间,按理想电机的控制模式来监控电机的运行,极大的提高了备用润滑泵、冷却泵运行的可靠性,并可适用于各种配置镉镍蓄电池、防酸蓄电池及阀控式铅酸电池的直流供电场所,设备在待机和运行过程可实现无人值守。该智能直流电机软启动控制系统经过严格的测试和多种工况下的强化运行,功能和技术性能居国内领先水平,获得众多使用厂家的一致好评,并取得国家专利局颁发的发明专利,智能化直流电机控制系统完全可以作为传统的电枢绕组三级降压起动控制方式的更新换代产品。
四、参考及引用标准
JB/T 10324-一2002 电工设备机柜通用技术条件
GB/2681-81 电工成套装置中的导线颜色
GB/T 2682-1981 电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色
GB/50256 电气装置安装工程施工及验收规范
GB/T17626.4-2008 人-机界面(MMI)动作规则
GB/T4205-2003 人-机界面,标志和符号的基本安全准则
GB4942.4-93 低压电器外壳防护等级
GB/4208-2008 外壳防护等级(IP代号)
GB/T 15139-一1994 电工设备结构总技术条件
GB/T 8582-2000 电工、电子设备机械结构术语
IEC439-1 低压开关设备和控制设备成套装置
IEC529 外壳防护等级
DL/T5136 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程
GB/T4207-2003 固体绝缘材料在潮湿条件下的相对起痕指数和耐痕指数的测定方法
GB/T18863.1-2002 电子设备机械结构 公制系列和英制系列的试验 第一部分:机柜、机架、插箱和机箱的气候、机械试验与安全要求
GB/7251.1-2005低压成套开关设备和控制设备第一部分:型式试验和部分型式试验成套设备
五、代号及含义
K L—ZLRQD—22 / 220V—(G/B)—(N/Y)
N表示不配触摸屏,Y表示配置触屏
G表示为立柜式,B表示为壁挂式
主电路直流额定电压值
直流电机额定功率
直流软启动设备名称
凯隆公司标识
图1 规格型号说明
六、产品用途及功能
6.1、产品用途
本产品适用于各种类型直流电机的软起、软停等智能控制,主要应用于发电厂、化工厂中各种直流油泵的控制,如主机、小机直流润滑油泵,大机顶轴油直流油泵、氢侧、空侧直流密封油泵等,做为传统控制方式的更新换代产品,它具有工作原理先进、使用安全可靠、控制方便、结构简单、故障率低、便于维护等特点。
KL系列直流电机软启动控制器可广泛用于:电厂应急润滑、冷却系统的直流油泵电机控制,化工企业反应釜水冷却系统的直流水泵控制,冶炼、铸造感应炉水冷却系统的水泵控制等。可实现直流电机的平滑软启动运行和软停车,并适用于各种直流输入电机的控制,励磁系统的调控等领域。
6.2、功能特点
◆ 配置中文汉显液晶显示,对系统的信息实时监控。
◆ 电机启动比例可调,实现直流电动机的平滑软启、软停;
◆ 电机启动电流从零到额定值的变化时间可控制;
◆ 新装和改造方便,对外围回路无需过多更改,接线方便;
◆ 控制回路采用插拔式接线,检修维护方便;
◆ 掉电参数保存功能,信息不丢失;
◆ 具备智能过流保护和温度保护功能,保护时发报警信号;
◆ 功率器件200%~500%裕度的可靠性设计,确保系统完全可靠;
◆ 装置具有完善的自诊断功能和保护报警功能,装置故障时发报警信号并自动切断输出;
◆ 启、停机保护和电机保护功能,在电机启动时励磁电压异常,自动报警并保护;在电机停机时励磁电压已消失的情况下如仍有电枢电压,自动报警并保护;
◆ 失磁保护,在运行中实时监测励磁电压,励磁电压异常自动报警并保护;
◆ 电机过载保护功能,运行时电枢电流超过设定值自动报警;
◆ 电机超过设定时间值未能正常启动自动报警;
6.3、产品优点
◆ 消除了传统控制方式启动时对直流电源系统的冲击与干扰;
◆ 消除了采用直流接触器控制频繁投切的各种弊端;
◆ 采用数字PWM斩波方式,启动过程平滑稳定,功率因数高,没有多余的电能损耗和热量产生;
◆ 完美实现直流电机的无级启停,工作电流和电压按最优控制曲线平滑上升或下降,避免了冲击;
◆ 远方或就地操作方式灵活方便,远控可联动母管压力传感器信号,母管压力降低时自动启动直流油泵;
◆ 就地设有手动、全中文显示触摸液晶屏两种控制模式,可实时显示运行参数与记录各种故障信息,参数设置方便快捷;
◆ 可保存20重故障信息,便于查看;
◆ 全部元器件均采用品质优良的知名产品或进口器件,功率器件采用西门子IGBT,并进行严格老化筛选,确保运行可靠;
◆ 采用西门子逻辑编程控制器,配合专门开发的高压软启驱动控制单元,辅以高品质元器件,共同组成可靠的控制系统;
◆ 模块化设计,结构紧凑合理,方便安装、调试,并便于操作与维护。
八、性能及参数
◆ 输入电压:DC220V(±10%);
◆ 电机功率:3~75KW;
◆ 控制方式:就地、远方;
◆ 远传状态:远方/就地状态、运行状态、停机状态、待机状态、故障状态;
◆ 远控指令:DCS开机/停机、热工控制开机 、母管压力开机、手动开/停机、故障复位、紧急停机;
◆ 远控信号:无源脉冲信号;
◆ 远传信号:4~20mA,开关量信号;
◆ 电流上升时间: 0~70秒可调(软启时间);
◆ 旁路转换电压:0.5~1倍可设;
◆ 停止电压:0~100V可设;
◆ 稳流精度:<1.5%
◆ 过流保护动作参数:120%额定电流(可设);
◆ 过热保护动作温度阈值:摄氏70度;
◆ 散热方式:自然冷却、辅助风冷;
◆ 通讯端口:RS232、RS485(可选);
◆ 允许启动次数:不限(发热积累未超保护值情况下)。
九、使用条件
9.1、环境温度:-10℃~+55℃,24小时内平均温度不超过+35℃;
9.2、海拔高度:应不超过2500m;
9.3、相对湿度:不超过85%,无凝露,避免露天存放,严禁雨淋;
9.4、贮存温度:-25℃~+70℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆变化,温度恢复后,装置应能正常工作;
9.5、大气压力:86kPa~106kPa;
9.6、安装方式:柜(箱)体应与地面垂直,安装倾斜度不得超过5度。
9.7、抗震烈度:8度。当震动频率为10~150Hz时,震动加速度不大于6m/s²
9.8、使用环境:不允许有爆炸危险的介质,周围介质中不应含有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质,不允许充满水蒸汽及有较严重的霉菌存在;
9.9、防护等级:IP43。
十、工作原理及应用
10.1、工作原理
该直流电机控制系统是由PWM驱动控制器,软启动控制器,高性能IGBT模块,PLC、触摸屏、开关电源,散热系统,稳流稳压反馈电路、电流电压检测电路、保护吸收回路等优化组合而成。
本机通过全中文显示的触摸屏设置运行参数,由PLC控制PWM单元及IGBT模块和主功率单元自动运行,根据设定的参数限制电动机转速上升时的起始电流,在设定的时间内,将电动机由待机状态投入到正常运行状态,期间,电流始终不超过设定值,从而达到直流电机的平滑启动,保护了整体直流系统。当需要停止运行时,控制端给出停机信号,控制柜在预设的软停时间内,电枢电压平缓下降,当降低到设定的停止电压后,完全切断输出,使电动机平稳停机,避免了冲击。开机后,触摸屏实时的显示电枢电压、电流、励磁电流、运行信息等内容,实现了监测运行参数的目的。当有异常情况(如输入反接或欠压,内部过流或过热等),保护控制电路会产生保护信号加到PLC使电路停止输出,同时,点亮故障报警指示灯,从而达到保护设备的目的。
系统参数设置完毕后,需要联动运行时,将控制方式转换旋钮切换到远控位置,进入待机备妥状态,只要通过外接的远控电路输入控制命令信息,控制器便可按照设置的运行参数对直流电机进行控制。在整个系统运行过程中,控制器通过信号检测电路实时检测运行过程中的电流和电压参数,将这些信息显示在触摸屏上,并通过远传端子,上传给上位机进行实时监控。当运行过程中遇到紧急操作、系统出现故障或者采集到的参数越限时,触摸屏自动将相关信息显示在界面上,并保存故障信息,以备调看。以上数据全部是中文显示,创建了友好的人机界面环境。
远控端子的联结
该设备设有远控输出组合端子,具备对话、备妥等功能接点,能将设备的起动/停止控制功能、运行/停止状态反馈、遥控状态、电流、电压、保护动作、设备故障、复位等信号通过端子接口送出,接入整个厂区的DCS控制系统,并可接受DCS的控制指令,大大丰富了DCS的监视内容,为提高厂区管理和维护水平创造了有利条件,并且,控制柜内的端子排预留了大部分常用端口,设备改造时外围接线方便。具体输出端子功能如下:
◆ 901、903、905、907分别为开机、停机、故障、转换开关状态指示;
◆ 11号端子为4~20mA输出电流信号;
◆ 12号端子为4~20mA信号地端;
◆ K7为公共点;
◆ 123、124、123、146分别为DCS、热工、母管压力开机信号接入点;
◆ 20为公共点;
◆ 202、12为远程热工开机有源指示信号,电压为DC220V。
◆ 909为停机状态;
◆ 703为公共点,该组信号为第二组停机信号输出。
十四、服务与维护
14.1、终身保修制
本公司产品实行终身保修制,一年内产品如因质量问题出现损坏,实行器件免费维修更换。超出一年或因用户使用不当出现问题,我公司终身有偿维修。当用户在使用中发现疑难问题而本说明书无法提供解答时,请与本公司联系,我们将尽快给予答复。
(以上产品介绍只是节选自《产品使用说明书》的部分内容,如需更详细资料,请致电本公司联系索取。)
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