電廠給粉機(jī)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(cè)單元和SIS執(zhí)行單元等組成 M: 電動(dòng)機(jī) 針對(duì)電廠的實(shí)際情況,我們決定采用多臺(tái)電機(jī)工作模式 （2）、下圖是多臺(tái)電機(jī)的工作模式圖  多臺(tái)電機(jī)工作模式： M1，M2，M3同時(shí)設(shè)計(jì)于同一控制系統(tǒng)中為低壓電機(jī)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(hù)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(jìn)口快速IGBT，其余元件采用進(jìn)口工業(yè)等級(jí)器件，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格完整，保證機(jī)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(qiáng)大的保護(hù)功能(輸入過流、過壓、欠壓保護(hù)；輸出短路，過流，過壓保護(hù)；整機(jī)過熱保護(hù))。模塊內(nèi)取消了所有電位器，基準(zhǔn)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(diǎn)插拔技術(shù)，輸出采用隔離設(shè)計(jì)。模塊工作頻率高，近300KHZ，體積小，抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)置E2ROM，通過人機(jī)界面設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)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(zhǔn)確地執(zhí)行直流電源子系統(tǒng)的投入撤出轉(zhuǎn)換。 監(jiān)測(cè)單元 用監(jiān)測(cè)單元和人機(jī)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(yùn)行參數(shù)顯示,故障報(bào)警存儲(chǔ)，SOE事件記錄以及蓄電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)和直流回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)，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(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)各種交直流電源信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，控制抗晃電系統(tǒng)的備份、投運(yùn)和退出過程。每一回路都由檢測(cè)、控制和執(zhí)行單元三部分組成。采用工業(yè)級(jí)三相異步電機(jī)保護(hù)模塊MDS-1做檢測(cè)單元，保證系統(tǒng)的可用度。采用通過美國(guó)SIL3認(rèn)證的AB LOGIX順序控制器做為每臺(tái)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(jí)三相異步電機(jī)保護(hù)單元 4.1.1功能特點(diǎn) 三表法測(cè)量準(zhǔn)確測(cè)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(cè)量變頻器輸出。 具有3路獨(dú)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(shí)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(jì)算1－8次諧波 三相異步電動(dòng)機(jī)的反時(shí)限過負(fù)荷（熱過載）保護(hù)、不平衡（負(fù)序過流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、接地（零序過流）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù) 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(gè)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(dú)立。 這樣設(shè)計(jì)的目的是為了用戶可以選擇不同的安裝方式和測(cè)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(jìn)行單獨(dú)測(cè)量，用戶還可以根據(jù)需要選擇。 輸入的交流電壓信號(hào)通過小型的PT（電壓互感器），變換為交流0.5V的信號(hào)，經(jīng)過濾波處理，濾除干擾信號(hào)，然后進(jìn)行電平平移，使得原來的交流信號(hào)，疊加1/2的VREF，直接送到A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行采樣。 輸入的電流信號(hào)，通過導(dǎo)線穿入小CT（電流互感器），CT的輸出接一個(gè)精密電阻，變換成電壓信號(hào)，經(jīng)過濾波處理，濾除干擾信號(hào)，然后進(jìn)行電平平移，使得原來的交流信號(hào)，疊加1/2的VREF，直接送到A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)行采樣。 采樣好的信號(hào)存入單片機(jī)的RAM中供軟件處理。在軟件中，我們每個(gè)周波采樣16個(gè)點(diǎn)，根據(jù)采樣定理，可以計(jì)算出輸入信號(hào)的8次諧波。但是在應(yīng)用中對(duì)奇次諧波更為關(guān)心。在數(shù)字信號(hào)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(huì)有所謂的頻譜泄漏問題，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)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(duì)于6路輸入信號(hào)，進(jìn)行FFT變換，得出各次諧波的幅值和相角，并且計(jì)算零序電流和負(fù)序電流。計(jì)算的方法和FFT變換請(qǐng)參考有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理的書籍。 計(jì)算的結(jié)果存入RAM中，供通信程序、保護(hù)程序等其他程序使用。 4.1.3欠電壓或過電壓保護(hù) 系統(tǒng)電壓太低會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過電流甚至堵轉(zhuǎn)，燒毀電機(jī)。有時(shí)為了保證重要電動(dòng)機(jī)的自啟動(dòng)，有時(shí)也使用欠電壓保護(hù)。 系統(tǒng)過電壓一般對(duì)電動(dòng)機(jī)沒有太多的影響，但是如果過壓范圍過大，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流急劇增加，而且有大量的三次諧波。在一些特殊的場(chǎng)合，會(huì)使用過電壓保護(hù)。 定值包括3項(xiàng)內(nèi)容：動(dòng)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(shí)間。整定時(shí)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(hù)原理  過電壓保護(hù)原理  本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為保護(hù)動(dòng)作信號(hào)在整定時(shí)間到達(dá)時(shí)，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(yùn)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(hào)，冗余執(zhí)行單元保障線路分?jǐn)嗄芰Α?BR>  SOMAX S的基本的用途和特點(diǎn) 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(qiáng)、使用方法簡(jiǎn)便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理、而且質(zhì)量可靠。此新型斷路器更配有一個(gè)改進(jìn)的分?jǐn)嘞到y(tǒng)，獲多項(xiàng)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(jì)獲得了歐洲最佳工業(yè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。 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(hù)和配合自動(dòng)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(dá)到與下級(jí)殼斷路器的極限分?jǐn)嗳萘窟x擇保護(hù)的要求。 由于本系列產(chǎn)品的通用性和匹配性強(qiáng)，它能配置在任何配電設(shè)備中： 一次配電（功力中心） 電動(dòng)機(jī)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(dá)100KA 額定極限短路斷容量，各種規(guī)格均具有下列額定分?jǐn)嗳萘康燃?jí)： B-基本分?jǐn)嗳萘? N-正常分?jǐn)嗳萘? S-標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)嗳萘? H-高分?jǐn)嗳萘?BR> L-限流型 5、主站及人機(jī)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： （1）．正常工作模式：  （2）．電網(wǎng)晃電或備自投切換時(shí)的工作模式
（3）、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(dòng)、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(dòng)接點(diǎn)指令后，即可投入運(yùn)行。在變頻器正常運(yùn)行后有一反映變頻器運(yùn)行狀態(tài)的接點(diǎn)信號(hào)閉合。變頻器運(yùn)行調(diào)速指令由DCS 或PLC 送來的4－20mA 模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)。抗晃電系統(tǒng)只需變頻器或FSSS提供變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，對(duì)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(yùn)和退出過程。 第六章 系統(tǒng)安全性  IEC安全要求等級(jí)分為4級(jí)，安全性能由低到高為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。 美國(guó)對(duì)SIL4只承認(rèn)其存在，標(biāo)準(zhǔn)中不包括在SIL4要求下如何實(shí)施安全系統(tǒng)的內(nèi)容。 德國(guó)DIN V 19250及DIN V VDE0804對(duì)安全要求等級(jí)(Safety Requirement Classes)分為8級(jí)，安全要求從低到高為AK1～AK8，對(duì)應(yīng)各標(biāo)準(zhǔn)的安全等級(jí)對(duì)比如表所示。 大多數(shù)使用安全系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合屬于AK4～AK6級(jí)，其中一般鍋爐、加熱爐為AK4級(jí)，石化、化工為AK5級(jí)。  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(jí)AK1～AK4的Z-1、 滿足安全要求等級(jí)AK1～AK5的Z-2、 滿足安全要求等級(jí)AK1～AK6的Z-3、 安全要求等級(jí)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(shí)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(gè)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(cè)試以及采用可測(cè)試I/O模塊、失效時(shí)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(gè)CPU模塊出故障，另一個(gè)CPU模塊維持正常工作，這樣可以在AK5級(jí)安全要求等級(jí)以下的場(chǎng)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(jí)安全要求等級(jí)的場(chǎng)合，允許單通道操作時(shí)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(hù)元件，二次線路有完善的整流控制器、電池檢測(cè)器和分路檢測(cè)器。 SIS子系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)三相異步電機(jī)保護(hù)模塊MDS-104做檢測(cè)單元，保證系統(tǒng)的可用度；采用通過美國(guó)SIL3認(rèn)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(diǎn) 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(diǎn)，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(hù)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(jiǎn)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?yàn)閷?dǎo)通模塊故障引起的給粉不平衡，避免了因?yàn)閷?dǎo)通模塊閥值電壓過高引起的計(jì)時(shí)不準(zhǔn)，增加了系統(tǒng)的可用度。 通過軟件設(shè)置母線欠壓保護(hù)閥值和計(jì)時(shí)(0.1S)，使系統(tǒng)工作時(shí)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(hù)信號(hào)時(shí)快速撤出直流電源。 控制、監(jiān)測(cè)單元故障以及輸入、輸出端子懸空斷線等，執(zhí)行單元都會(huì)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(hù)外，還可擴(kuò)充過流保護(hù)、超載保護(hù)、過壓保護(hù)、零序電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、欠載保護(hù)、零序電壓保護(hù)等，只需軟件設(shè)置閥值即可。   兩種計(jì)時(shí)方式比較： 電廠給粉機(jī)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(jì)，附合電力行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 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(jī)變頻器抗晃電解決方案。 該系統(tǒng)既解決了電網(wǎng)晃電時(shí)給粉機(jī)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(shí)，爐膛給粉平穩(wěn)。 實(shí)施后的效果： 1、取消大多數(shù)電廠現(xiàn)在對(duì)FSSS的給粉機(jī)全停邏輯2～5秒延時(shí)（這個(gè)延時(shí)期，爐膛給粉嚴(yán)重不穩(wěn)）。  2、理論上可以將FSSS的1、2組電源喪失信號(hào)延時(shí)做到抗晃電系統(tǒng)最大工作時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期給粉機(jī)變頻器還是正常工作的。實(shí)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(shí)間來設(shè)置這個(gè)延時(shí)和抗晃電系統(tǒng)的工作時(shí)間，一般為2～3S。 第八章 系統(tǒng)配置 1、 電廠提供的現(xiàn)場(chǎng)條件 爐九臺(tái)，1～8號(hào)爐每臺(tái)爐有2.2KW給煤粉機(jī) 8臺(tái)，九號(hào)爐12臺(tái)給粉機(jī) 總計(jì)： 電動(dòng)機(jī)總數(shù)：76臺(tái)； 電動(dòng)機(jī)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(hù)變頻器母線電源信號(hào)。 被保護(hù)變頻器二次接線圖。 有關(guān)的工程設(shè)計(jì)條件，包括被保護(hù)變頻器盤內(nèi)布置圖。 2、抗晃電系統(tǒng)的主要配置 （1）、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(tái)變頻器。 2、設(shè)備基本組成及柜體安排 直流控制柜 九臺(tái) 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(shí)施時(shí)，我們會(huì)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(chǎng)所：戶內(nèi) 環(huán)境溫度：-10℃ — +50℃；電池室5℃--30℃ 相對(duì)濕度：90%未結(jié)露 海拔高度：1000米以下 4、系統(tǒng)指標(biāo)： （1）、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(hù)等級(jí)：IP20 2．進(jìn)出線方式：下進(jìn)下出線或按現(xiàn)場(chǎng)要求。 3．800×800×2260 （W×D×H）一臺(tái) 800×800×2260 （W×D×H）兩臺(tái) 800×600×2260 （W×D×H）九臺(tái) 上述電氣柜外形尺寸(包括是否前后開門)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求。 4．整流器柜體頂部加裝2個(gè)風(fēng)扇，下側(cè)設(shè)有帶濾網(wǎng)的進(jìn)風(fēng)口。 5．每個(gè)柜均有銘牌，標(biāo)明其功能。 （3）、功能描述 1．當(dāng)變頻器交流進(jìn)線電源故障（失壓或短時(shí)停電）時(shí)，變頻器在該系統(tǒng)保護(hù)下，在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)連續(xù)正常運(yùn)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(shí)無間斷。 3．電池組的備用時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì)，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(dòng)切換至三相380V交流電源。 5．交流電源晃電超過 ，應(yīng)自動(dòng)分?jǐn)嘀绷鹘佑|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(zhǎng)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(dòng)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(shí)均充：即在每隔6個(gè)月（HMI可設(shè)定）自動(dòng)均充一次。 欠壓均充：即電池放電至欠壓時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行均充（交流正常時(shí)） 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(yùn)行控制。以報(bào)表和數(shù)據(jù)形式顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警記錄等，并可即時(shí)修改設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。在觸摸屏上存貯每次晃電時(shí)間，記錄時(shí)間精確到秒。最少存貯最近的100次晃電時(shí)間。 |
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