液态软起动器在出铁场布袋除尘风机电机上的应用.pdf

DCS 控 制 系 统 液态软起动器在出铁场布袋除尘风机电机上的应用 高波， 陶波， 刘 勇 江 西新余 钢铁 集 团公 司第一 炼铁厂 ， 江 西 新余 3 3 8 0 0 1 摘 要 分析 GZ YG一 2 0 0 0 ／ 1 0 一 YS软起 动 器一 次 电路 工作 原理 及 P L C控 制 电路 、 梯 形 图 ， 介 绍 2 0 0 0 k W 电机 微机 保 护装置的参数设定 ， 针对使用 中出现的问题提 出解决方法。 关键 词 2 0 0 0 k W 电机 ； 起 动 ； 液 态电 阻软 起 动器 ； P L C L iq u id So f t St a r t e r Ap p li e d i n B a g Du s t F a n Mo t o r o f Ca s t Ho u s e GAO Bo ， T AO Bo ， LI U Yo n g F i r s t I r o n Wo r k s o f J i a n g x i Xi n y u I r o nS t e e l Gr o u p Co ． ， L T D， Xi n y u 3 3 8 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r ac t T h e wo r k i n g p r i n c i p l e o f fi r c i r c u i t o f GZ YG一 2 0 0 0 ／ 1 0 一 YS s o f t s t a r t e r ， P L C c o n t r o l c i r c u i t a n d l a d d e r d i a g r a m a r e a n a l y z e d ． Th e p ara me t e r s e t t i n g o f 2 0 0 0 k V mi c r o c o mp u t e r p r o t e c t i o n d e v i c e i s i n t r o d u c e d a n d t h e s o l u t i o n s o f p r o b l e ms i n p r a c t i c e s are p r o p o s e d ． Ke y wor ds 2 0 0 0 k W mo t o r ； s t a r t ； l i q u i d r e s i s t a n c e s o f t s t a r t e r ； P LC 0引言 新钢 2 x 2 5 0 0 m 3 高 炉是特大 型炼 铁高 炉 ．为 了减 少 生产现场粉尘 排放 ． 建有原 料和 出铁 场 4套布袋 除 尘 设备 。粉 尘引风机 电机 型号 Y K K 一 8 ， 1 0 k V ， 2 0 0 0 k W。 采用 上海追 日电气 G Z Y G 一 2 0 0 0 ／ 1 0 一 Y软起动器 这 4 台风机电机使用软起动器 ． 能够满足起动电流降到 2 ． 5 以内的要求 电机软起动器一次 电路 与二次 电路 较复 杂 ． 保护 电路 也较 复杂 ． 微机保 护装 置有众 多 的参数 设 定 ． 加 之 P L C控 制 电路及 梯形 图复杂 ． 在近 4年 的 使用 中出现了一些问题 分析布袋除尘 风机 电机一二 次 电路工 作原理 。 剖析 软起动器 P L C控制 电路 、 控制 程序 ． 针对运 行中发 生的问题提出解决方法 1 2 O O O k W 风机 电机 电路 2 0 0 0 k W 风 机电机 电路 如图 1 所示 1 0 k V电路 由 进线柜 、电机 星点短接柜 、软起 动柜及 1 0 k V电缆组 成 进线柜与星点短接柜为 K Y N 2 8 1 2型手车式高压 柜 。进线柜带有差 动保 护的继 电保 护系统 。星点柜不 带继 电保护系统 。 软起动器柜 内有 U、 V、 W3相液态 电 阻箱 ． 内有移动 电极提升装 置及控 制 P L C 。 1 Q F与 2 Q F 为进线断路器与星点短接断路器 。1 Q S为软起动柜进 线刀 开关 。1 T A 、 1 T A 2 、 1 T A ] 与 2 T A 、 2 T A 2 、 2 T A 3 分 别 为 电动机进线 电流互感器 作者简介 高波 1 9 6 8 - ， 工程师， 从事设备管理工作。 收稿 日期 2 0 1 2 ． 1 1 - 1 2 进线 柜 电动机 图1 电动机一次 电路 电机起 动过程 起 动前一定 要保证 1 Q F 、 2 Q F高 压 柜手车在 工作 位 ， 1 Q S刀开关 合到位 。起 动时先合 1 Q F ． 再移动 液态 电阻移 动电极调节阻值 。 移动末 限位 后 ， 短接液态 电阻。 2进线柜与星点短接柜二次电路 2 ． 1 冷却风机 2 0 0 0 k W 布袋 除尘风机 电机冷却方式 为通 风强制 冷却 。2台 7 ． 5 k W 风机对 高压电机 强制通 风冷却 。起 动 2 0 0 0 k W 高压电机 前 ． 要先 开冷却 风机 ． 通风机不工 作 ．高压 电机不允许起动 强制冷却风机 电路 如图 2 所示 。 通风机有 2种起动 方式 D C S系统 的 P L C起动和 机旁手动。 D C S起动时， 1 S A转换开关打在左 4 5 。 ， ⑤一 ⑥结点闭合。当 P L C启动结点闭合后 ． 继电器 K A 4得 自动化应用 ； 2 0 1 3 2期 51 DCS 控 制 系 统 图 2 通风机控 制电路 电吸合 ． K A 4控制接 触器 K M1和 K M 2吸合 ．两 台通 风机工作。 手动时 1 S A向右打 4 5 。 ， 结点①一 ②闭合， 按 机旁起动按钮 S C ， K A 4继电器吸合， K A 4吸合后． 自锁 起 动回路 通风机在 高压 电机工作期 间不允许停机 。 高压 电机停机 后 ．并 不是 立 即停 通风机 ．而 是延 迟 2 3 5 s 后 再停通 风机。高压电机停机 后 ， 断路器 1 Q F常 开辅 助结点打开 ． K 时间继 电器释放 ．串在 K T 3线 圈中的常开结点 K 1 12延时断开 ．延时 1 2 0 s ． K T 3时间 继电器吸合 ．常闭结 点 K T 3延时 1 1 5 s 断开 ．继电器 K A 4释放 ． 接触 器 K M1与 K M2跳 闸 ． 通 风机 停止 工 作 时间继电器 K T 1 常开结 点延时闭合 是 2 0 0 0 k W 高 压 电机起动信 号 。通风机 工作 6 0 s 后 ． 高压 电机 才开 始起动 。 2 ． 2 2 0 0 0 k W 电机继电保护 2 0 0 0 k W 电机 进线柜 1 Q F二次 电路如 图 3所 示 有两种合 闸方式 自动合 闸和机旁合 闸。 I KM 2 吾 } J t圄 耆 ’SC21SC3 。 费 l 熹 L T _J 6 s 9 s 8 2 F Q 7 a ， A 6 店 。 } ， 。 S 1 I F Q T Q 3 白HQ 图3 进线柜f 1 F Q --Z 闭合 ， 液态柜 P L C控 制的继 电器 K A 0吸合 即允许 起 动 ， K T 1 结点一闭合 ， 1 F Q即闭合 ， 电机开始起动 。 保 护跳 闸包括 起动超 时保 护 、 差 动保 护 、 过负荷 保 护 、 零序过 电流保 护 、 低 电压保 护 、 D C S系统过程 检 测保 护等 起 动超时保 护有 两种启 动方式 1 液阻柜继电器 K A 2常闭结 点断开 K A 2是液 阻柜 P L C输 出端子 0 0 ． 6控制的继 电器 。Q O ． 6 启 动的 内部程序 1 0 ． 2闭合 与 1 0 ． 3未 断开 ，在 计时器 T 4 0定 时 5 0 s 以内 ， 仍然存在 ， 则 Q O ． 6输 出结点 闭合 ， K A 2得 电 ． 串在 D WP 一 2 4 0微机保护装 置 A 1 9端子 与 WC的 常 闭点 断开 。 微机保 护装 置发 出跳 闸指令 。 1 Q F跳 闸。 电机停止起动。 1 0 ． 2为 1 Q F的常开辅助结点地址 ． 1 0 _ 3 为 2 Q F常闭辅助结 点地址 。这一种起动延长保 护 。 实 际上是保证 电机在起 动后 5 0 s ．星点短接 断路器 2 Q F 一 定要吸合 ， 短接液态电阻。若不短接液态 电阻 ． 会造 成液态电阻长时间通电 ． 水蒸 汽化 ， 造成 喷液 。 2 D WP 一 2 4 0 型微机保护装置 内部 的一种保护设 定 。启动条件 当电机 在保 护装置 内部 的起动 时间 t 内 ， 电流仍 然大于 2倍额定 电流 时 ， 起 动时间 过长 保护动作 ， 1 Q F跳 闸 ， 电机停止启动 。这一种保护是避 免起动时间过长 ， 烧坏电机。 差动保护动作 电流为 0 ． 8 5 。过负荷保护采用极 端反时限 。 1 ． 3 6 动作 时间 3 5 s 。 低 电压 动作值 为 7 0 V。 D C S系统过程 检测跳 闸 当高压 电机定子 绕组温 度超过 1 2 0 o C． 电机前后轴 承温度超过 8 0 o C ． 风机前后 轴瓦温度 超过 9 0 C．风机轴承座冷 却水断水 时 ． D C S 内部 P L C对 D WP - 2 4 0微机保护装置发出 电机停机指 令 ． A 2 1 端子上 的 P L C常开结点闭合 2 ．3星点柜二次电路 星点柜二次 电路如 图 4所示 星点柜断路器 2 F Q 合 闸条件 星点柜断路器 2 F Q已储能 ， 2 F Q手车处 于 工作位置 。 液 阻柜 P L C控制 的继电器 K A 1 吸合 在整 个 电机起动结束 后 ．电机运行期 间 ． 2 F Q是 不允 许分 闸的。 当 1 F Q断路器合闸后 ． 立即储 能 ． 常闭的储 能开 关 S 1 是断 开的 ．所以 ． 2 F Q的分 闸线 圈 T Q不能得 电 分 闸 。当高压 电机停止运行 时 。 1 F Q跳 闸 ，储能 消耗 尽 ， 常闭结 点 S l 立 即闭合 。2 F Q分 闸线 圈得电跳 闸 ． 为下一次起动作准备。1 F Q储能结束后 ． 串在 2 F Q分 闸线圈上的 S l 常闭点又 断开 ．使 2 F Q分 闸线 圈不长 期通 电 士 烹 拿 P L C 曼 电 3 液 阻 柜 P L c 控 制 机 。风机 工作 后 ． K T 1时间继 电器延 时 6 0 s ． 常开结 点 。～ 。。 闭合 。当 1 F Q在工作位置时 ， 即手车工作位置结点 S 9 P L C接线 ． i ／ o地址 分配如 图 5所示 。P L C型号 5 2 l、 n n Ⅳ ．c h i n a c a a a ． c o m l自动化应用 DCS 控 制 系 统 图 4 星点柜二次 电路 为西 门子 C P U 2 2 4 6 E S 7 2 1 4 1 ， 不 带 3 - O X B 8 ， 扩 展 模 块 型 号 为 6 S E 2 2 3 1 H F 2 2 0 X A 8 4 i n 4 o u t 。P L C为 继 电 器 输 出 方式 。 移 动 电极 电机 型 号 为 Y 8 0 M2 6 ， 0 ． 5 5 k W。P L C有 1 3个开关 量输人 信号 、 1 3个开关 量 输 出信号。 1 2 0V M2 MI 。 “料 “ f 1 L l 0 ．0 J o 1 l 0 ．2 l 0 ．3 I 2 L 1 0 ．4 1 0 ,5 f 0 ．6 l 3 L J o 7 l l 0 『 1 1 l 0 J N『 L l l J l L 『 0 l 1 I 2 l 0 7 - 2 0 0 H E M 2 2 3 I I H l I M 1 0 ．0 l 0 1 『 0 ．2 1 0 ．3 c n 4 l 0 ．5 l 0 ,6 l n 7 I 2 M l l 0 l l 1 l 1 2 I l 3 I M l L I l M I L l 1 Ml 0『 1 。 Sj ST1 FUO 1 图 5 P L C接线 P L C梯 形图如图 6 所 示。P L C控制要点 1 起 动条 件 移 动 电极 在 初 限 位 ， 液 温 正 常 ， 液 阻柜 进 线刀 开关 1 Q S处 于合 闸位 置 ． 星 点 柜断 路 器 2 F Q处 于分 闸位 置 。起 动 3 s后 ． 封锁再 起 动 。 2 液阻柜移 动电极下移 条件 允许起 动 。 进线 柜 断路器 1 F Q已合闸 ， 末端 限位 正常 ， 电极 电机不 过载 ， 星点柜断路器 2 F Q处于分闸的位置 移动电极工作时序如 图 7所示 液阻阻值调节 曲线如 图 8所示 液 阻调 节过程 电极 往下移动 8 s ， 停 止 4 s ． 再下移 1 6 s 到初末 限位 时 ， 停止移动 同时星点柜断路器 2 F Q合闸， 短接液态电 阻 星 点短 接 3 s 后 ， 极板 复位 到初 始位 置 ， 为下 一次 短接做准备 图 6 P L C梯形图 图 7极板电机工作 曲线 图 8液阻值调 节曲线 4液态电阻阻值与电动机功率匹配计算 不 同电机的功率所需匹配的液态电阻阻值是不 一 样 的 ， 所需 阻值为 尺 o 、 ／ 普 自动化应用 i 2 0 1 3 i 2期 5 3 DCS 控 制 系 统 式 中． r r t , 为未 串液 阻前 电流与 额定 电流之 比 一般取 4 ～ 7 ； 为电机额定 电流 ， A； n为 串人 后起 动 电流 与 额定 电流之 比， 一般 取 2 ～ 3 ； U e 为电机额定工作 电压 。 V； 尺 。 为液态 电阻阻值 ， n。 液 态 电阻阻值测 量方 法 将 动 、 定 极极 板 置于初 始位 置 ． 在定极板 和定极板之 间施加 6 ． 3 V交 流 电压 ． 测量所 配液阻 回路 电流 ． 由 R U ／ I 计算 出实际配制 的 液体 电阻阻值 。测 量电路如图 9 所示 。 图 9 液体 电阻测量 5存在问题及解决方法 1 星点柜 手车在 试 验位置 起动 电机 ， 造 成高 温 报警 ． 危及生 产安全 1 0 高炉除尘 出铁场 除尘 风机 ． 在 2 0 1 0年 2月的 一 天 。 因电机 U相进线 接触不好 。 中点 电压偏 移 ， 使其 它两相 电压偏高 ，最后造成 V相绝缘击穿烧 坏电机 。 在更换 电机后 ． 要求电修公司做 星点 柜断路器 2 F Q合 闸后三相接触 电阻测试 。起动高压 电机后 ， 水 温超上 限 ， 液态电阻发出综 合报警 故障。 检查进 线柜 微机保 护装 置 D WP 一 2 4 0 ．发 现 A1 9 端子到外接端 子板 ．并未接入 电机起 动超时 回路 ． 但 这并不影响 电机起动 水 电阻起动温度过高原 因为 电 修公 司测试 完断路 器后 ． 手 车没有摇 到工作 位 ． 仍在 试验位置 ． 造成星点短接断路器 不能合 闸。水 电阻长 期流过 电机运行 电流 ． 致使水 电阻温度升 高到超温报 警 。这是施工接线不 到位 留下 的隐患 。建议类似 的大 型 电机软 起动器 ．对于微机保 护装置 自动合 闸 回路 ． 应 串入 星点 柜 2 F Q断 路 器 手 车工 作 位 置 辅 助 结点 S 9 ．当星点柜手车进入工作位 置后 ． S 9结点 闭合 才允 许起动高压 电机 f 2 电机 不能一 次起 动成功 ． 要起 动 两次 才能成 功。 1 0 高炉原料布袋除尘风机 电机从 2 0 1 1 年 开始 ． 不能一次起动成 功 。 要第 二次起动 才会 成功 。第一 次 起 动后 ． 电机进线柜微机保护装 置 D WP 一 2 4 0发 出“ 起 动超时保 护 ” 把 微机保 护装 置 的“ 电机起 动时 间 ” 从 3 0 s 调大到 3 5 s ， 仍然发出“ 电机起 动超时保 护” 。 D WP 一 2 4 0发出起动超时保护的条件 在设定的 起 动时间 内． 电机的运行 电流为 2 倍 额定 电流以上 。 故障原 因为液态 电阻阻值变大 ． 造 成 电机起 动力 矩 变小 ． 使 电机带负 载起动 到不 了额定 转速 ． 电机 处 于堵转状态 ． 电流增大 经过第一次起动后 ． 电流对沉淀在 箱里 的电解 质 产生冲击 。 水温上 升 ， 使 电阻阻值减少 ， 电机起动 力矩 增大 ， 因此第二次能够起动成功 。 按照原设计阻值 ， 重 新配置液态电阻阻值 ． 解决了此问题 上接第 3 3页 在 有些情 况下 ． 系统 停车 重新 开车 ． 燃 炉 在没 有 任何 征兆 的情况 下 ． 无 法点 火成功 ． 期 间有 时候小 火 能点着 。 也可 以检测到 ． 有 时小火都检测不 到。拆开炉 头 ． 发现 火焰裂 隙 由于长 时间处 于火焰 区高 温 ． 镂 空 严重变形 ． 缝 隙变小 ， 造成光学仪器检测 困难 。 拆 开 、 取下火 焰镂 空 ， 拿 到机修 将火 焰镂 空孔 用 钻头重新加工扩大 ． 以便 火焰更好地通 过镂空 这样 火焰检 测器能够在不 同的角度 ．很好 地检测到火焰 ． 保证 了点火 的成功率 随着使用年限的增加，靠近高温炉头的控制信号 电缆 ， 出现 了老化破损 ， 需 定期更换 ， 尤 其是高 压包 电 缆 ，在工作 的时候可产生几千伏 的电压 、近 1 0 A的电 流 ， 对 附近其端子旁的其 它信号产生干扰 。 导致燃炉控 制无法 点火 ， 系统混乱 。2 0 1 2 年 6月 ， 进行 电路 改造 ． 单独铺设专线 ， 加装 中间继电器 ． 解决 了干扰问题 5 4 WWW． c h i n a c a a a ． t o m 自动化应 用 4结语 此 系统 自2 0 0 4年 1 0月投运 ，经过不 断改进 ， 运 行 时 间达 3 5 0天／ 年 ， 为 国内运行效 率最高 ， 最稳定 的 系统之一。高效 的运行 表明 ， 改造是合理 的 、 成功 的。 参 考文献 [ 1 ] 李新城． 谢尔查油气化油改气控制 系统的改造[ J ] ． 石油 化 工 自动化 ， 2 0 0 3 ， 5 1 - 4 [ 2 ] 赵明师， 等． 加 热炉净化 系统的应用改造 [ J ] ． 化工 自动 化及仪表 ， 2 0 0 9 ， 3 8 1 - 8 3 [ 3 ]李金利 ， 等． 浅析熔盐炉点不着火的原 因 [ J ] ． 河南化工 2 0 1 2 ， 6 5 7 5 8 [ 4 】 金星． 浅析熔盐炉燃烧的 自动化控制过程与实现[ J ] ． 工 业计 量 ， 2 0 0 7 ， 1 6 7 - 6 8 [ 5 ]陈惠． P L C应用中应注意的问题[ J ] ． 自动化应用， 2 0 1 0， 6 4 4 ． 4 5