SMC智能電動(dòng)機(jī)控制器在碳酸鹽泵起動(dòng)電路中的應(yīng)用*

王曉兵，徐春霞，劉祖其

(1.新疆獨(dú)山子石化公司 乙烯廠 電氣車間，新疆 獨(dú)山子 833699；2.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與電氣工程系，新疆 克拉瑪依 834000)

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SMC智能電動(dòng)機(jī)控制器在碳酸鹽泵起動(dòng)電路中的應(yīng)用*

王曉兵1，徐春霞2，劉祖其2

(1.新疆獨(dú)山子石化公司 乙烯廠 電氣車間，新疆 獨(dú)山子 833699；2.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與電氣工程系，新疆 克拉瑪依 834000)

結(jié)合工程實(shí)例，闡述了現(xiàn)場(chǎng)某乙二醇裝置的碳酸鹽泵控制電路改造過(guò)程中加裝了SMC智能電動(dòng)機(jī)控制器，由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致后來(lái)發(fā)生停機(jī)事故。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)概況，分析故障現(xiàn)象及測(cè)試措施，最后給出了改進(jìn)方案。

SMC智能電動(dòng)機(jī)控制器；軟起動(dòng)；泵控制

三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、易于維護(hù)和產(chǎn)品廉價(jià)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面[1]；但是三相異步電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生高電磁轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流，從而直接威脅電網(wǎng)上其他設(shè)備的安全運(yùn)行。為了減小設(shè)備起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓的沖擊，當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量接近或大于動(dòng)力變壓器容量的30%時(shí)，禁止全壓起動(dòng)；否則在沖擊電流的作用下，起動(dòng)瞬間會(huì)引起電網(wǎng)電壓降低，從而可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)本身無(wú)法正常起動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能燒毀電動(dòng)機(jī)。在這種情況下，一般采用智能電動(dòng)機(jī)控制器(SmartMotorController，SMC)進(jìn)行起動(dòng)控制。SMC是一種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的控制裝置，通過(guò)降壓、補(bǔ)償或變頻等技術(shù)手段，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械負(fù)載的平滑起動(dòng)，減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響，使電網(wǎng)和機(jī)械系統(tǒng)得以保護(hù)[2]。

SMC作為電動(dòng)機(jī)新型控制設(shè)備，控制參數(shù)繁多，應(yīng)進(jìn)行合理設(shè)置。本文結(jié)合工程實(shí)際情況，闡述了一例乙二醇裝置中碳酸鹽泵電路改造中加裝SMC后，由于控制器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致事故停機(jī)的案例，分析了故障現(xiàn)象及采取的測(cè)試措施，并給出了改進(jìn)方案。

1　工程概況

乙二醇(EG)是重要的化學(xué)工業(yè)原料，可以合成聚酯樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂，還可以用作生產(chǎn)聚酯纖維、塑料、松香脂、干燥劑和柔軟劑等化工產(chǎn)品，用途廣泛。碳酸鹽泵是乙二醇裝置的核心設(shè)備，主要用于提高裝置系統(tǒng)中的碳酸鹽溶液的循環(huán)量。該裝置于2013年6月完成擴(kuò)建改造，生產(chǎn)能力從5kt/a增加到12kt/a。改造后，于2013年下半年至2014年2月期間，碳酸鹽泵曾發(fā)生幾次故障停機(jī)事故，影響了整個(gè)乙二醇裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。

該裝置有4臺(tái)碳酸鹽泵，分別是G-220A/B和G-222A/B。根據(jù)裝置生產(chǎn)要求，相互聯(lián)鎖，順序起動(dòng)。碳酸鹽泵型號(hào)為150AYu150×2，額定流量為125m3/h，揚(yáng)程為271m，效率為57%，轉(zhuǎn)速為2 950r/min，采用南陽(yáng)防爆電機(jī)有限公司生產(chǎn)的YB2系列全封閉自扇冷式鼠籠式隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YB2-355M2-2，其具有高效節(jié)能、低噪聲、長(zhǎng)壽命和高可靠性的特點(diǎn)。

裝置擴(kuò)建前為全壓起動(dòng)，擴(kuò)建后因負(fù)載容量接近變壓器額定容量1 600kVA，擴(kuò)建設(shè)計(jì)時(shí)在4臺(tái)泵的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中，加裝羅克韋爾公司生產(chǎn)的SMCDialogPlusTM智能電動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行控制。

2　事故現(xiàn)象及測(cè)試

2014年2月13日，電氣運(yùn)行工在配電室巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽泵G-222B運(yùn)行正常，柜面無(wú)報(bào)警信號(hào)；但在儀表DCS監(jiān)控記錄中顯示，2月13日17時(shí)44分25秒，G-222B發(fā)出電動(dòng)機(jī)起停報(bào)警信號(hào)，持續(xù)5s后自動(dòng)恢復(fù)正常。通過(guò)檢測(cè)其高、低電壓均未發(fā)現(xiàn)發(fā)生晃電和電壓波動(dòng)現(xiàn)象。19時(shí)30分27秒，裝置工藝報(bào)告正常運(yùn)行的G-222B突然停機(jī)，電氣維護(hù)人員立即檢查配電室，發(fā)現(xiàn)故障報(bào)警的黃色指示燈亮，對(duì)G-222B控制電路進(jìn)行檢查和測(cè)試如下。

1)碳酸鹽泵及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)本體外觀正常，電動(dòng)機(jī)抽屜柜中元器件、操作柱接線外觀正常，均沒(méi)有松動(dòng)發(fā)熱及異味現(xiàn)象。

2)使用500V兆歐表檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)絕緣，絕緣電阻200MΩ，阻值正常。

3)采用雙臂電橋測(cè)量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三相電阻阻值，3次測(cè)量的結(jié)果分別為0.013 95、0.014 05和0.014 02Ω，阻值誤差為±0.01%，電動(dòng)機(jī)正常。

4)詢問(wèn)工藝DCS監(jiān)控得知驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載無(wú)擾動(dòng)變化。

5)測(cè)試智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器(ZEV)。已知電動(dòng)機(jī)額定電流為433.7A，選擇ZEV校驗(yàn)曲線10級(jí)，ZEV保護(hù)動(dòng)作復(fù)位方式設(shè)定為手動(dòng)，停用接地保護(hù)，外加(110%～120%)Ie，ZEV在5s內(nèi)發(fā)出分閘信號(hào)，說(shuō)明ZEV能夠正常動(dòng)作，熱過(guò)載保護(hù)器性能完好。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)停機(jī)系熱過(guò)載保護(hù)所致。

3　故障原理分析及改進(jìn)措施

3.1故障原理分析

調(diào)用DCS監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)0.5s時(shí)電壓值達(dá)到全壓，監(jiān)控指示此刻電動(dòng)機(jī)還未到達(dá)額定狀態(tài)，存在起動(dòng)電流。起動(dòng)電流是指電器設(shè)備(感性負(fù)載)在剛起動(dòng)時(shí)的沖擊電流，是電動(dòng)機(jī)或感性負(fù)載通電到運(yùn)行平穩(wěn)的短暫時(shí)間內(nèi)的電流變化量，可由下列公式計(jì)算：

Ist=(4～7)Ie

式中，Ist是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流；Ie是電動(dòng)機(jī)額定電流。

經(jīng)計(jì)算，起動(dòng)電流為1 734～3 036A，而二次側(cè)運(yùn)行額定電流為2 309.4A，致使ZEV存在較大跳閘風(fēng)險(xiǎn)。

本系統(tǒng)選用的SMCDialogPlusTM控制器，型號(hào)為150-B500NBDB。控制功能包括軟起動(dòng)、軟停機(jī)、泵控制、SMB智能電動(dòng)機(jī)制動(dòng)、預(yù)置低速和準(zhǔn)確停機(jī)、加入制動(dòng)的低速、節(jié)能器以及相間平衡等。該控制器特有的泵控功能優(yōu)點(diǎn)突出，對(duì)抑制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停車的“水錘效應(yīng)”作用強(qiáng)大。幾種起動(dòng)方式與泵轉(zhuǎn)矩特性曲線的對(duì)比如圖1所示。由圖1中帶SMC的起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩曲線可知，離心泵的特性曲線預(yù)先設(shè)定存儲(chǔ)在設(shè)備中，控制器在起動(dòng)和停車過(guò)程中能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流，隨時(shí)根據(jù)泵的負(fù)載狀況及速度調(diào)節(jié)輸出電壓，因此能夠快速準(zhǔn)確達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩。

圖1　幾種起動(dòng)方式與泵轉(zhuǎn)矩特性曲線對(duì)比圖

該控制器按標(biāo)準(zhǔn)提供如下幾種起動(dòng)方式：一般軟起動(dòng)、帶突跳起動(dòng)的軟起動(dòng)、限流起動(dòng)、雙斜坡起動(dòng)和全壓起動(dòng)，其中雙斜坡起動(dòng)方式適合負(fù)載變化的情況，全壓起動(dòng)不能采用，這里不做討論。

常用起動(dòng)方式為一般軟起動(dòng)，工作原理如圖2所示。電動(dòng)機(jī)得到預(yù)設(shè)的初始轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的0%～90%。按斜坡加速期間，輸出給電動(dòng)機(jī)的電壓，從初始轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的電壓開(kāi)始無(wú)級(jí)增加，加速時(shí)間為0～30s。帶突跳起動(dòng)的軟起動(dòng)工作原理如圖3所示。圖3和圖2的區(qū)別是需要為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)提供一個(gè)提升電壓以克服負(fù)載的慣性，該負(fù)載需要一個(gè)附加的高轉(zhuǎn)矩才能起動(dòng)，它能提供的附加電流是滿載電流的550%，突跳起動(dòng)時(shí)間設(shè)定為0～2s。

圖2　一般軟起動(dòng)工作原理圖

圖3　帶突跳起動(dòng)的軟起動(dòng)工作原理圖

限流起動(dòng)工作原理如圖4所示。限流起動(dòng)是為電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)固定電壓的減壓起動(dòng)，當(dāng)必須限制最大起動(dòng)電流時(shí)，應(yīng)該使用該種方式。在電動(dòng)機(jī)滿載電流的50%～600%調(diào)節(jié)電流限制水平，限流時(shí)間設(shè)定為0～30s。在該起動(dòng)方式中，當(dāng)控制器檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出電壓會(huì)自動(dòng)切換成全壓輸出。

圖4　限流起動(dòng)工作原理圖

3.2改進(jìn)措施

檢查軟起動(dòng)器的參數(shù)設(shè)定，發(fā)現(xiàn)該乙二醇裝置中G-222B碳酸鹽泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的SMC控制參數(shù)為帶突跳起動(dòng)的軟起動(dòng)方式，突跳時(shí)間為0.5s，參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤。另外3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式為一般軟起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間為15s，均未考慮起動(dòng)電流的問(wèn)題。根據(jù)分析，上述電動(dòng)機(jī)起動(dòng)應(yīng)該改為限流起動(dòng)。重新對(duì)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并將碳酸鹽泵的參數(shù)預(yù)置在控制器中，參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　參數(shù)設(shè)置表

(續(xù))

4　結(jié)語(yǔ)

2014年2月下旬，采用改進(jìn)措施，再次起動(dòng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其在限流時(shí)間15s內(nèi)平穩(wěn)起動(dòng)。經(jīng)過(guò)近一年半的工作，該乙二醇裝置的碳酸鹽泵運(yùn)行穩(wěn)定，保證了乙二醇的安全生產(chǎn)。

[1]齊智文.基于C8051F040單片機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的研制[D].太原：太原理工大學(xué)，2014.

[2]夏輝.高壓電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)TCS降補(bǔ)固態(tài)軟起動(dòng)裝置的研制[D].江蘇：江蘇大學(xué),2011.

* 2013—2017年教育部高等學(xué)校電子信息類專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)立項(xiàng)項(xiàng)目(2015-Y13)

責(zé)任編輯鄭練

ApplicationofSMCIntelligentMotorControllerintheStartingCircuitofCarbonatePump

WANGXiaobing1,XUChunxia2,LIUZuqi2

(1.DushanziPetrochemicalCorpofXinjiangEthyleneElectricalWorkshop,Dushanzi833699,China; 2.KaramayVocational&TechnicalCollege,Electronic&ElectricalEngineeringDept,Karamay834099,China)

Combiningwithengineeringexamples,discussthemodifiedethyleneglycolunitcarbonatepumpcontrolcircuitwithSMCsmartmotorcontrollers.Theforcedoutageiscausedbytheimproperparametersettingsaccordingtothefieldsurvey,analyzethephenomenonoffailureandtestingmeasures,andfinallygiveacorrectionscheme.

SMCintelligentmotorcontroller,softstart,pumpcontrol

TP2

A

王曉兵(1973-)，男，高級(jí)技師，主要從事電氣控制與運(yùn)行等方面的研究。

2015-12-25