通用变频器在石化厂区电网故障情况下的重启动控制探讨
日期：2008-12-8 21:14:24 来源：中国自动化网
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1 引言
随着电力电子技术的发展, 变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而得到广泛应用;但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低电压跳闸。低电压通常都是短时的, 对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低电压跳闸导致电机停止，影响生产。
辽化聚酯一厂是国内使用变频调速装置较早的企业之一, 厂内所使用的是德国西门子6SE48、6SE36、6SM12、6SE70、6SE71系列变频器。电网电压波动时, 变频器低电压跳闸; 由于聚酯生产是一个连续的过程, 某些电动机在5s或10s内不能恢复, 就必须停机, 而从值班室到MCC室(电气室)最快也得30s, 所以对生产线的正常运行造成很大的影响。故此必须解决变频器低电压跳闸问题。
2 系统分析
2.1 低电压故障分析
低电压故障产生的主要原因:
·大型设备启动和应用;
·主电力线切换;
·启动大型电动机;
·线路过载;
·雷击使电源正弦波幅值受影响。
2.2 低电压故障产生的影响
低电压又称为电压下陷，是指电网电压有效值介于额定值的80%"85%之间，并且持续时间达一个周期以上。通用电气设备的电压允许范围一般在-15%" 10%之间，在低电压状态时由于超出设备所允许的电压范围而导致设备的停机及故障报警致使生产中断，导致严重的经济损失。
2.3 变频器功能分折
经了解, 辽化聚酯一厂现有西门子变频器中, 6SE48、6SE70、6SE71系列变频具有低电压检测及跟踪再起动功能。
2.4 原控制系统分折
原控制系统图如图1所示。
图1 原控制系统图
原系统可由现场或DCS控制变频装置的启停，运行频率由DCS通过4～20mA标准信号控制; 变频装置的运行信号返回DCS作为变频装置运行的保持信号。
3 解决方案
根据对现场变频装置的了解，6SE70、6SE71系列可用自身的自复位加跟踪再启动功能实现对低电压故障的处理;其它变频装置由于型号较早而不具备以上功能，且数量较多，故只能对其加装PLC控制系统进行集中处理。
3.1 解决方案系统图
所解决的方案的控制系统图如图2所示。
图2 控制系统图
3.2 系统时序图
控制系统的时序图如图3所示。
图3 控制系统时序图
3.3 系统说明
(1) 当电网电压正常情况下, 变频器按原方式运行, 加装此系统对原运行方式无影响。
(2) 电网低电压时, 可分为两种情况: 一是瞬时低电压(即在短时间内电压自动恢复正常)，此时此系统运行，确保变频器在电网电压恢复后能启动并继续运行; 二是长时间的低电压, 此时系统将判断为电网故障，变频器发出报警。
为了确保此系统的准确性和可靠性，PLC系统电源必须由不间断电源供给。
(3) 关于低电压检测的说明:
根据6SE70、6SE71、6SE48系列变频器使用说明书，此系列变频器具有低电压检测信号。SY型数字式欠电压继电器及变频器低电压检测信号两者并联方式来检测低电压信号，从而确保检测信号的准确性。
对于6SE36及6SM12系列变频器，采用SY型数字式欠电压继电器来检测低电压信号。
(4) 关于变频器再启动的说明
据了解，厂内的变频器中6SE71、6SE70与6SE48系列变频器均具有跟踪再启动功能，所以在低电压过后，变频器可以直接再启动; 而对于6SE36、6SM12系列变频器，其资料显示其有此功能，但经我方工程师证实实际无此功能; 但即使这种变频器不具备跟踪再启动功能，也可以根据其实际情况给予足够的延时再启动或采用只复位不启动，而改用人手启动方式。
(5) 关于故障复位的说明
对于变频器的故障输出, 由于变频器不能直接判断是否为低电压故障信号, 故只要变频器发出故障信号, 加装的PLC系统就给出复位信号进行复位，若变频器输出的是低电压报警信号，则PLC系统对其复位及启动变频器; 若输出的不是低电压故障信号，PLC系统也给复位, 但由于故障未排除，故变频器仍然无法启动，处于故障状态，报警信号保持。
4 试验
在现场通过切换母线联锁产生电网的瞬间低电压做试验，PLC系统达到设计要求与使用单位的要求。母线联锁切换时PLC系统检测到低电压信号，对出现低电压故障的变频装置进行复位及按一定的顺序再启动变频装置;解决了由于低电压而产生低电压故障。对于变频装置的其它故障及电源长时间故障，PLC系统不动作。通过试验，本系统彻底解决了电网电压波动引起变频器低电压故障报警而对生产造成的影响。
5 结束语
某些变频器在供电网络电压突然降低时有跳闸现象，导致电机停止运转。在一些连续的生产过程中，电机的突然停机导致生产停顿，有时会造成严重后果。采用本系统则可从根本上解决电网电压波动，变频器因低电化故障跳闸给生产带来的影响。
参考文献
[1> 西门子6SE48变频器使用手册
[2> 西门子6SE36变频器使用手册
[3> 西门子6SE12变频器使用手册
[4> 西门子MASTERDRIVES变频器使用手册
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随着电力电子技术的发展, 变频器以其调速精确、使用简单、保护功能齐全等优点逐步代替传统的调速控制装置而得到广泛应用;但由于国内某些工厂的电网电压不稳定，导致变频器在使用中产生了新的问题—变频器低电压跳闸。低电压通常都是短时的, 对传统的控制系统影响较小，而对变频器则会产生低电压跳闸导致电机停止，影响生产。
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辽化聚酯一厂是国内使用变频调速装置较早的企业之一, 厂内所使用的是德国西门子6SE48、6SE36、6SM12、6SE70、6SE71系列变频器。电网电压波动时, 变频器低电压跳闸; 由于聚酯生产是一个连续的过程, 某些电动机在5s或10s内不能恢复, 就必须停机, 而从值班室到MCC室(电气室)最快也得30s, 所以对生产线的正常运行造成很大的影响。故此必须解决变频器低电压跳闸问题。
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2 系统分析
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2.1 低电压故障分析
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低电压故障产生的主要原因:
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·大型设备启动和应用;
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·主电力线切换;
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·启动大型电动机;
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·线路过载;
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·雷击使电源正弦波幅值受影响。
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2.2 低电压故障产生的影响
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低电压又称为电压下陷，是指电网电压有效值介于额定值的80%"85%之间，并且持续时间达一个周期以上。通用电气设备的电压允许范围一般在-15%" 10%之间，在低电压状态时由于超出设备所允许的电压范围而导致设备的停机及故障报警致使生产中断，导致严重的经济损失。
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2.3 变频器功能分折
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2.4 原控制系统分折
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原控制系统图如图1所示。
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图1 原控制系统图
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原系统可由现场或DCS控制变频装置的启停，运行频率由DCS通过4～20mA标准信号控制; 变频装置的运行信号返回DCS作为变频装置运行的保持信号。
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3 解决方案
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根据对现场变频装置的了解，6SE70、6SE71系列可用自身的自复位加跟踪再启动功能实现对低电压故障的处理;其它变频装置由于型号较早而不具备以上功能，且数量较多，故只能对其加装PLC控制系统进行集中处理。
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3.1 解决方案系统图
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所解决的方案的控制系统图如图2所示。
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图2 控制系统图
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3.2 系统时序图
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控制系统的时序图如图3所示。
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图3 控制系统时序图
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3.3 系统说明
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(1) 当电网电压正常情况下, 变频器按原方式运行, 加装此系统对原运行方式无影响。
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(2) 电网低电压时, 可分为两种情况: 一是瞬时低电压(即在短时间内电压自动恢复正常)，此时此系统运行，确保变频器在电网电压恢复后能启动并继续运行; 二是长时间的低电压, 此时系统将判断为电网故障，变频器发出报警。
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为了确保此系统的准确性和可靠性，PLC系统电源必须由不间断电源供给。
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(3) 关于低电压检测的说明:
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(4) 关于变频器再启动的说明
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(5) 关于故障复位的说明
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对于变频器的故障输出, 由于变频器不能直接判断是否为低电压故障信号, 故只要变频器发出故障信号, 加装的PLC系统就给出复位信号进行复位，若变频器输出的是低电压报警信号，则PLC系统对其复位及启动变频器; 若输出的不是低电压故障信号，PLC系统也给复位, 但由于故障未排除，故变频器仍然无法启动，处于故障状态，报警信号保持。
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4 试验
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在现场通过切换母线联锁产生电网的瞬间低电压做试验，PLC系统达到设计要求与使用单位的要求。母线联锁切换时PLC系统检测到低电压信号，对出现低电压故障的变频装置进行复位及按一定的顺序再启动变频装置;解决了由于低电压而产生低电压故障。对于变频装置的其它故障及电源长时间故障，PLC系统不动作。通过试验，本系统彻底解决了电网电压波动引起变频器低电压故障报警而对生产造成的影响。
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5 结束语
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某些变频器在供电网络电压突然降低时有跳闸现象，导致电机停止运转。在一些连续的生产过程中，电机的突然停机导致生产停顿，有时会造成严重后果。采用本系统则可从根本上解决电网电压波动，变频器因低电化故障跳闸给生产带来的影响。
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参考文献
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[1> 西门子6SE48变频器使用手册
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[2> 西门子6SE36变频器使用手册
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[3> 西门子6SE12变频器使用手册
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[4> 西门子MASTERDRIVES变频器使用手册
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