同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制不穩(wěn)定的原因分析與解決

陳彥（重慶鋼鐵股份有限公司能源管控中心，重慶長(zhǎng)壽　401258）

同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制不穩(wěn)定的原因分析與解決

陳彥
（重慶鋼鐵股份有限公司能源管控中心，重慶長(zhǎng)壽401258）

【摘要】通過(guò)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制回路的檢查、分析，測(cè)試發(fā)現(xiàn)原勵(lì)磁回路中的功率因數(shù)變送器施工接線和DCS相應(yīng)配置存在問(wèn)題。經(jīng)過(guò)原因分析查找，解決了勵(lì)磁自動(dòng)控制極為不穩(wěn)異?，F(xiàn)象，滿足了設(shè)備正常運(yùn)行需要。

【關(guān)鍵詞】勵(lì)磁；功率因數(shù)；變送器；自動(dòng)控制

Analysis and Solution of Unstable Automatic Excitation Control of Synchronous Motor

CHEN Yan
(The Energy Control Center of Chongqing Iron and Steel Co., Ltd., Changshou, Chongqing 401258, China)

【Abstract】Problems in the wiring of power factor transducer in original excitation circuit and corresponding DCS configuration were found during inspection, analysis and testing of synchronous motor excitation control circuit. Through cause analysis the abnormality of extremely unstable excitation automatic control was solved, meeting the requirement of normal equipment operation.

【Key words】excitation; power factor; transducer; automatic control

1　概述

同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，應(yīng)用同步電動(dòng)機(jī)可以提高運(yùn)行效率。大型同步電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)中的穩(wěn)定運(yùn)行，特別是勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，既可保證調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高電網(wǎng)的品質(zhì)，又可在超前運(yùn)行情況下，減少無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施的投資，但如同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制不穩(wěn)定反而會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)危害，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定和自身設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

2　存在的問(wèn)題和可能原因

冶金行業(yè)同步電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)運(yùn)行中均采用超前運(yùn)行，為保證運(yùn)行的穩(wěn)定，選擇定功率因數(shù)的自動(dòng)控制方式。隨電機(jī)所帶負(fù)荷的變化自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)勵(lì)磁，滿足人為設(shè)定的所選功率因數(shù)值。重鋼某臺(tái)大型同步電動(dòng)機(jī)組建成投運(yùn)后，在正常運(yùn)行中采用的超前自動(dòng)控制勵(lì)磁方式，一般運(yùn)行較為正常，但出現(xiàn)過(guò)多次負(fù)荷波動(dòng)變化較大之后勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制失控、功率因數(shù)失常的現(xiàn)象。但人為操控轉(zhuǎn)化為手動(dòng)控制后，人為調(diào)節(jié)勵(lì)磁（增加或減少勵(lì)磁）則可滿足運(yùn)行穩(wěn)定的要求。

鑒于自動(dòng)控制勵(lì)磁在負(fù)荷波動(dòng)變化較大的情況下不能穩(wěn)定調(diào)節(jié)的現(xiàn)象，分析是電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制回路或是檢測(cè)判斷回路有異常，或控制設(shè)備存在問(wèn)題；或者是DCS的設(shè)定范圍與檢測(cè)功率因數(shù)的變送器輸出范圍不一致。

3　分析和處理解決措施

根據(jù)存在的問(wèn)題和反映的現(xiàn)象，手動(dòng)操控勵(lì)磁基本無(wú)異常則其勵(lì)磁本身的控制回路等應(yīng)無(wú)問(wèn)題；而只是在自動(dòng)控制情況下負(fù)荷波動(dòng)變化較大時(shí)才出現(xiàn)控制異常，問(wèn)題則主要應(yīng)考慮自動(dòng)控制部分的檢測(cè)判斷輸出和給定配置等部分可能存在異常。

為此，經(jīng)初步分析認(rèn)為，應(yīng)檢查判斷功率因數(shù)檢測(cè)變送器、DCS的設(shè)定以及自動(dòng)控制邏輯回路等。

故在不改變?cè)械幕A(chǔ)上，將勵(lì)磁投在手動(dòng)控制位置，穩(wěn)定電機(jī)有功負(fù)荷后，調(diào)整功率因數(shù)設(shè)在超前0.92穩(wěn)定后開(kāi)始試驗(yàn)。所測(cè)數(shù)據(jù)如表1。

從表1可以發(fā)現(xiàn)：（1）功率因數(shù)變送器的輸出值與廠家資料標(biāo)注不一致；（2）控制器顯示值與指針表不很相符，且控制器未能顯示出電機(jī)滯后運(yùn)行狀態(tài)的功率因數(shù)值。

表1　功率因數(shù)設(shè)在超前0.92時(shí)增勵(lì)減勵(lì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

于是，首先對(duì)檢測(cè)的功率功率因數(shù)變送器根據(jù)廠家資料用保護(hù)校核儀進(jìn)行校核確認(rèn)，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　功率因數(shù)變送器測(cè)試情況表

從表2發(fā)現(xiàn)，變送器測(cè)試輸出值與廠家所附資料相符，其范圍為超前60°~0和滯后0~60°時(shí)輸出為4~12和12~20 mA，同時(shí)測(cè)試發(fā)現(xiàn)變送器檢測(cè)的判斷是以第一相電壓和輸入的電流相比較進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)并變換輸出。從而可以判定功率因數(shù)變送器本身設(shè)備無(wú)問(wèn)題。

結(jié)合表1與表2，功率因數(shù)變送器的輸出值在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)試驗(yàn)所測(cè)與測(cè)試所測(cè)數(shù)據(jù)不相符，則很有可能是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)未按廠家資料要求配接線，從而造成檢測(cè)的電壓與電流不相等所致。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查核實(shí)接線并校核判斷，其功率因數(shù)變送器的原施工時(shí)的實(shí)際接線如圖1。

圖1　現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線圖

根據(jù)表2測(cè)試所得，從圖1看出功率因數(shù)變送器的接線明顯有問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合廠家資料，接線柱12應(yīng)接電流的同名端。于是根據(jù)表2和廠家資料，將功率因數(shù)變送器的正確接線更正為圖2。

圖2　更正后的接線圖

同時(shí)，根據(jù)表1的顯示，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁控制器的功率因數(shù)顯示值是否與變送器輸出相對(duì)應(yīng)進(jìn)行了檢查校核并調(diào)校設(shè)定，如表3。

表3　檢查校核并調(diào)校設(shè)定值

從表3可以發(fā)現(xiàn)，功率因數(shù)變送器輸出與控制器顯示的值出入較大，從而也影響了人為設(shè)定的控制值，所設(shè)定的期望值其實(shí)與實(shí)際值相差甚遠(yuǎn)。

經(jīng)調(diào)校設(shè)定后，勵(lì)磁控制器顯示測(cè)試情況如表4。

表4　調(diào)校設(shè)定后試驗(yàn)表

關(guān)于DCS的控制設(shè)定范圍是否與功率因數(shù)變送器檢測(cè)輸出范圍一致，清理其原程序設(shè)定，發(fā)現(xiàn)設(shè)定4~20 mA對(duì)應(yīng)功率因數(shù)為0.5~1，即只有超前60°~0，與電氣工藝實(shí)際和變送器檢測(cè)輸出不匹配。經(jīng)修改程序，重新更正設(shè)定對(duì)應(yīng)范圍為20- 12- 4 mA與- 0.5- 1- 0.5，即滯后60°- 0- 60°超前。

經(jīng)過(guò)以上測(cè)試、檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并分析處理解決后，靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)勵(lì)磁控制器自動(dòng)控制情況，所測(cè)數(shù)據(jù)等如表5。

表5　勵(lì)磁控制器自動(dòng)控制模擬試驗(yàn)表

從表5可見(jiàn)，人為設(shè)定目標(biāo)后與自動(dòng)控制趨勢(shì)相符，基本滿足控制要求。于是開(kāi)機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，如表6。

表6　開(kāi)機(jī)后測(cè)試和相關(guān)數(shù)據(jù)表

經(jīng)儀器測(cè)試，在其過(guò)程中的一次測(cè)得相量圖相角數(shù)據(jù)如圖3。

圖3　功角關(guān)系圖

4　結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1造成同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制在負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)不穩(wěn)定的原因是變送器配接線有誤和DCS設(shè)置的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及顯示未校核所致。負(fù)荷在小范圍內(nèi)波動(dòng)自動(dòng)控制能滿足運(yùn)行要求，恰好是各種錯(cuò)誤后的巧合滿足了運(yùn)行控制條件。由圖3和根據(jù)表1，原施工接線圖1即變送器檢測(cè)的是C相電壓與B相反向的電流的相角。當(dāng)真實(shí)的相角運(yùn)行在超前角度時(shí)，檢測(cè)到的相角卻是滯后的；如當(dāng)突變負(fù)載時(shí)，剛好越過(guò)了巧合范圍導(dǎo)致自動(dòng)控制異常，嚴(yán)重加載時(shí)，真實(shí)的相角會(huì)在滯后狀態(tài)運(yùn)行而變送器實(shí)際檢測(cè)的卻超出了其額定滯后60°范圍。

4.2對(duì)于電氣參數(shù)的檢測(cè)變送器等的所有電氣接線，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按廠家資料進(jìn)行配接線，同時(shí)應(yīng)校核確保所接的電壓、電流回路相序、極性正確。同時(shí)所選儀表應(yīng)經(jīng)調(diào)校、校核后使用，確保施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

4.3DCS系統(tǒng)的程序涉及到其他相關(guān)工藝的設(shè)置參數(shù)范圍時(shí)應(yīng)與相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員核實(shí)，所設(shè)置的設(shè)定范圍要與所選設(shè)備和工藝匹配。

制氧

作者簡(jiǎn)介：陳彥（1971-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事電氣控制技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015－01－30

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM341

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)04-0021-03