電廠給粉機變頻器低壓跳閘問題解決方案
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第一章 概述  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 M: 電動機 針對電廠的實際情況,我們決定采用多臺電機工作模式 ?。?）、下圖是多臺電機的工作模式圖  多臺電機工作模式： M1，M2，M3同時設(shè)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(shè)備 蓄電池組 蓄電池采用免維護閥控式全密封鉛酸電池。 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(shù)，輸出采用隔離設(shè)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(shè)置的參數(shù)自動保存到充電模塊，掉電不丟數(shù)據(jù)。 SIS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(guān)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。 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(shè)定,充電電流限值設(shè)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、爐膛安全聯(lián)鎖子系統(tǒng)(SIS) SIS是抗晃電系統(tǒng)的主控系統(tǒng)，是FSSS的聯(lián)鎖控制部分。負責(zé)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SIL3認證的AB LOGIX順序控制器做為每臺爐的主控制單元。 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 MDS工業(yè)級三相異步電機保護單元 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(guān)量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警 6路開關(guān)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 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(shè)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(dǎo)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(yīng)用中對奇次諧波更為關(guān)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(guān)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(guān)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(dǎo)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。 欠電壓保護原理  過電壓保護原理  本系統(tǒng)的設(shè)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。 4.2 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 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(shè)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(shè)計獲得了歐洲最佳工業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)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 5、主站及人機界面監(jiān)控軟件    第四章 系統(tǒng)工作模式 本系統(tǒng)有三種工作模式： ?。?）．正常工作模式：  ?。?）．電網(wǎng)晃電或備自投切換時的工作模式
?。?）、檢修工作模式：  第五章 系統(tǒng)的控制邏輯 邏輯控制說明 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)。抗晃電系統(tǒng)只需變頻器或FSSS提供變頻器運行狀態(tài)信號，對變頻器控制方式和性能無任何改變。 2．抗晃電系統(tǒng)的邏輯圖 抗晃電系統(tǒng)的邏輯判斷由SIS的中央控制單元完成，并控制直流電源子系統(tǒng)的執(zhí)行單元來完成抗晃電系統(tǒng)的備份、投運和退出過程。 第六章 系統(tǒng)安全性  IEC安全要求等級分為4級，安全性能由低到高為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。 美國對SIL4只承認其存在，標準中不包括在SIL4要求下如何實施安全系統(tǒng)的內(nèi)容。 德國DIN V 19250及DIN V VDE0804對安全要求等級(Safety Requirement Classes)分為8級，安全要求從低到高為AK1～AK8，對應(yīng)各標準的安全等級對比如表所示。 大多數(shù)使用安全系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用場合屬于AK4～AK6級，其中一般鍋爐、加熱爐為AK4級，石化、化工為AK5級。  由圖1可知，安全系統(tǒng)應(yīng)分如下幾類： 滿足安全要求等級AK1～AK4的Z-1、 滿足安全要求等級AK1～AK5的Z-2、 滿足安全要求等級AK1～AK6的Z-3、 安全要求等級AK7～AK8的需要特殊考慮的共5類。 如監(jiān)視設(shè)備的功能由一般控制系統(tǒng)(如DCS)實現(xiàn)，則安全控制系統(tǒng)分為4類。 Z-1類的安全系統(tǒng)可用性“一般”，一個中央CPU模塊通過單總線與I/O模塊相連，它與普通PLC不同之處為通過中央CPU的自我測試以及采用可測試I/O模塊、失效時輸出保證安全狀態(tài)等滿足系統(tǒng)安全要求。 Z-2類的安全系統(tǒng)可用性“較高”，中央CPU模塊冗余，其他與Z-1相同，這樣允許一個CPU模塊出故障，另一個CPU模塊維持正常工作，這樣可以在AK5級安全要求等級以下的場合，維持72h之內(nèi)。 Z-3類的安全系統(tǒng)可用性“很高”，結(jié)構(gòu)為全冗余，即CPU模塊、總線、I/O模塊均雙重化，在AK6級安全要求等級的場合，允許單通道操作時間不超過1h，即在此期間內(nèi)將出故障的模塊更換掉，即可保證生產(chǎn)不中斷。 只有能滿足上述要求的經(jīng)過安全論證的PLC系統(tǒng)，才能作為安全系統(tǒng)使用。 本系統(tǒng)的安全行保障： 直流電源子系統(tǒng)一次線路有完善的保護元件，二次線路有完善的整流控制器、電池檢測器和分路檢測器。 SIS子系統(tǒng)采用工業(yè)級三相異步電機保護模塊MDS-104做檢測單元，保證系統(tǒng)的可用度；采用通過美國SIL3認證的 控制器做為控制單元，采用ABB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。 第七章 系統(tǒng)特點 直流電源做為變頻器的后備電源，充分利用了變頻器的結(jié)構(gòu)特點，與交流UPS供電相比，減少了交直流變換環(huán)節(jié)和蓄電池容量，提高效率，減少電氣保護環(huán)節(jié)，減少投資，且有很多其他行業(yè)的應(yīng)用案例。 取消了原方案中的靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)通模塊（易損器件），簡化控制電路和一次線路，使導(dǎo)通成為真正的零切換，又杜絕了因為導(dǎo)通模塊故障引起的給粉不平衡，避免了因為導(dǎo)通模塊閥值電壓過高引起的計時不準，增加了系統(tǒng)的可用度。 通過軟件設(shè)置母線欠壓保護閥值和計時(0.1S)，使系統(tǒng)工作時間精確可控。 通過SIS子系統(tǒng)中央控制單元的軟件，區(qū)分電網(wǎng)晃電和變頻器故障，杜絕電網(wǎng)晃電引起的停爐，又在變頻器故障或收到相關(guān)保護信號時快速撤出直流電源。 控制、監(jiān)測單元故障以及輸入、輸出端子懸空斷線等，執(zhí)行單元都會回到安全狀態(tài)－－斷開，提高系統(tǒng)的可靠性。 系統(tǒng)的切換條件除欠壓保護外，還可擴充過流保護、超載保護、過壓保護、零序電流保護、負序電流保護、欠載保護、零序電壓保護等，只需軟件設(shè)置閥值即可。   兩種計時方式比較： 電廠給粉機變頻器抗晃電系統(tǒng)專為火電廠媒粉爐和循環(huán)硫化床（CFB)鍋爐設(shè)計，附合電力行業(yè)設(shè)計標準。 其核心部分為SIS系統(tǒng)，結(jié)合技術(shù)成熟的直流電源，為電廠提供安全有效的給粉機變頻器抗晃電解決方案。 該系統(tǒng)既解決了電網(wǎng)晃電時給粉機變頻器跳閘引起的不必要停爐，又保障電網(wǎng)晃電和備自投切換時，爐膛給粉平穩(wěn)。 實施后的效果： 1、取消大多數(shù)電廠現(xiàn)在對FSSS的給粉機全停邏輯2～5秒延時（這個延時期，爐膛給粉嚴重不穩(wěn)）。  2、理論上可以將FSSS的1、2組電源喪失信號延時做到抗晃電系統(tǒng)最大工作時間，因為這個時期給粉機變頻器還是正常工作的。實際使用中根據(jù)電廠其他系統(tǒng)的抗晃電能力和備自投切換時間來設(shè)置這個延時和抗晃電系統(tǒng)的工作時間，一般為2～3S。 第八章 系統(tǒng)配置 1、 電廠提供的現(xiàn)場條件 爐九臺，1～8號爐每臺爐有2.2KW給煤粉機 8臺，九號爐12臺給粉機 總計： 電動機總數(shù)：76臺； 電動機總功率167.2KW； 電廠提供的現(xiàn)有接線條件： 一路380V/60A 3P+N+PE電源. 被保護變頻器母線電源信號。 被保護變頻器二次接線圖。 有關(guān)的工程設(shè)計條件，包括被保護變頻器盤內(nèi)布置圖。 2、抗晃電系統(tǒng)的主要配置 ?。?）、設(shè)備組成 1、設(shè)備基本參數(shù): —蓄電池的輸出功率167.2KW。 —直流輸出回路76路，支持76臺變頻器。 2、設(shè)備基本組成及柜體安排 直流控制柜 九臺 前后開門 蓄電池柜， 柜體具體安排： —充電器柜； —直流控制柜1 直流控制柜2～直流控制柜8同上， 直流控制柜9 各柜之間與HMI采用MODBUS485通訊方式傳遞數(shù)據(jù)。 2、方案的最終確定實施時，我們會提供： 系統(tǒng)就位的平面布置圖。 設(shè)備基礎(chǔ)安裝圖。 電氣條件圖、SIS邏輯圖、柜內(nèi)接線圖。設(shè)備荷重圖各一份，可用電子版發(fā)送。 3、系統(tǒng)的環(huán)境要求： 使用場所：戶內(nèi) 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 4、系統(tǒng)指標： ?。?）、輸入電壓：380 + 10%VAC，3P+N+PE 頻率：50HZ + 1%。 （2）、結(jié)構(gòu)尺寸 1．每組直流電源柜為落地安裝式，防護等級：IP20 2．進出線方式：下進下出線或按現(xiàn)場要求。 3．800×800×2260 （W×D×H）一臺 800×800×2260 （W×D×H）兩臺 800×600×2260 （W×D×H）九臺 上述電氣柜外形尺寸(包括是否前后開門)根據(jù)現(xiàn)場要求。 4．整流器柜體頂部加裝2個風(fēng)扇，下側(cè)設(shè)有帶濾網(wǎng)的進風(fēng)口。 5．每個柜均有銘牌，標明其功能。 （3）、功能描述 1．當(dāng)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(shè)計時間內(nèi)連續(xù)正常運轉(zhuǎn)。 2．抗晃電系統(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(shè)計，不少于2分鐘。 4．在電池組放電過程中,若三相電源恢復(fù)正常,則變頻器供電自動切換至三相380V交流電源。 5．交流電源晃電超過 ，應(yīng)自動分斷直流接觸器和直流斷路器，抗晃電系統(tǒng)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、浮充電壓HMI可調(diào)。在正常操作期間，電池應(yīng)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6個月（HMI可設(shè)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。 （4）、主要元器件選用說明 1．電池組： 2．直流斷路器、接觸器、繼電器、熔絲、按鈕、指示燈等 SIS子系統(tǒng)中央控制單元選用AB 順序控制器。 采用5.7″觸摸屏，用以完成系統(tǒng)的運行控制。以報表和數(shù)據(jù)形式顯示設(shè)備的運行狀態(tài)、報警記錄等，并可即時修改設(shè)備的運行參數(shù)。在觸摸屏上存貯每次晃電時間，記錄時間精確到秒。最少存貯最近的100次晃電時間。 |
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